Derivamos, a partir do modelo de câmera pinhole, a pegada no solo de uma câmera CCTV inclinada e montada em mastro: as interseções das bordas próxima e distante, o ponto cego geométrico diretamente sob o suporte e as distâncias-alvo DORI da EN 62676-4 representadas como arcos sobre o solo. Cada figura abaixo é calculada dinamicamente pelo módulo de geometria que acompanha o designer do CCTVplanner — mova os controles deslizantes para reproduzir cada resultado. Encerramos com modelos de projeção de lentes, a armadilha HFOV/DFOV das folhas de dados, o sombreamento por obstáculos, um orçamento de erro dos parâmetros e as premissas sob as quais o modelo pode ser considerado confiável.
- solo
- plano z = 0
- câmera
- centro óptico à altura z = h
- eixos
- +x direita · +y frente · +z cima
- inclinação α
- medida para baixo a partir da horizontal
- raios
- lançados a partir do centro óptico na base (f, r, u)
- ângulos
- radianos nas derivadas; graus nas figuras
Um modelo puramente geométrico de onde os raios de uma câmera incidem. Dentro das premissas declaradas, ele é geometricamente exato — matematicamente preciso, ainda que limitado em escopo. Ele não pretende modelar:
- qualidade de imagem ou ruído do sensor
- artefatos de compressão de vídeo
- iluminação, baixa luminosidade ou alcance IR
- precisão de detecção por IA / analítica
1Do frustum à pegada no solo
Uma câmera pinhole define um frustum de visão: uma pirâmide de quatro lados que se estende do centro óptico da câmera até as bordas do seu plano de imagem. Cada ponto da imagem — o centro de um pixel na implementação discreta — define um raio de visão que parte do centro óptico e atravessa o plano de imagem. Para determinar a região do solo que uma câmera cobre, intersectamos cada raio com o plano do solo e mantemos os pontos dentro do alcance da câmera. O modelo pinhole é usado aqui porque fornece uma aproximação analiticamente tratável que corresponde às premissas geométricas da EN 62676-4 e às especificações publicadas da maioria das câmeras CCTV fixas.
Para uma câmera à altura h, inclinada em α abaixo da horizontal, com um campo de visão vertical vfov, o envelope externo da cobertura é traçado pela borda da imagem — em uma projeção retilínea, apenas os quatro raios dos cantos o definem, enquanto em projeções fisheye ele é amostrado ao longo de toda a borda. Em montagens típicas (onde ), o formato é uma pegada aproximadamente trapezoidal com cantos curvos — não um triângulo nem um setor que se origina no suporte. À medida que se aproxima de 90° (domos de teto muito inclinados), a borda inferior da imagem encontra o solo na base do mastro e a pegada degenera em direção a um setor.
2Interseção das bordas próxima e distante
Cada amostra do plano de imagem (s_H, s_V) ∈ [−1, 1]² é mapeada para uma direção de raio de visão no referencial da câmera:
onde f, r, u são os vetores da base da câmera para frente / direita / cima (pan e tilt já aplicados) — é aqui que HFOV e VFOV entram na geometria. Intersectar o raio que parte do centro óptico ao longo de d com o plano do solo z = 0 fornece cada amostra da pegada. O raio da borda inferior (s_V = −1) encontra o solo na distância próxima, e o raio da borda superior (s_V = +1), na distância distante:
Para as bordas laterais (s_H = ±1), a mesma construção ocorre no plano horizontal. Para lentes retilíneas (a óptica CCTV dominante), essas bordas se projetam como linhas retas divergentes — os lados inclinados do trapézio. Para lentes fisheye, o mapeamento é curvo e a pegada se torna um disco curvo.
3O ponto cego geométrico
Para qualquer câmera montada acima do solo e inclinada menos que , uma região diretamente sob o suporte não recebe nenhum raio. Tudo mais próximo que d_near está inteiramente fora da imagem e, com inclinação e FOV fixos, o ponto cego escala linearmente com a altura:
Uma câmera com inclinação de 15° e FOV vertical de 50° tem um ponto cego de 4.8 m a 4 m e de 23.8 m a 20 m — uma razão de 5× que corresponde à razão das alturas. A razão entre a área cega e a área de cobertura é a principal restrição para instalações em mastros altos.
4Faixas DORI (EN 62676-4)
A norma DORI (Detect / Observe / Recognize / Identify) define densidades de pixels alvo — Identify 250, Recognize 125, Observe 62.5, Detect 25 px/m. Uma dada densidade é alcançada a uma distância oblíqua (linha de visada) específica a partir da lente: a distância do objeto na relação de imageamento . Para posicionar um nível em um mapa 2D, o designer projeta essa distância oblíqua sobre o solo como um anel horizontal de raio (o slantToGroundRadius do módulo), recortado pela pegada. Assim, os arcos são raios horizontais no solo derivados da distância oblíqua do nível — eles se igualam à distância oblíqua apenas para uma câmera ao nível do solo e se contraem para dentro à medida que o suporte sobe. A Seção 10 mapeia esses níveis em px/m para os critérios de altura de tela, pixels por pé e pares de linhas usados em outras partes do mundo.
250 px/m
125 px/m
62.5 px/m
25 px/m
slantToGroundRadius do motor, de modo que cada rótulo mostra o raio horizontal . Aumente h e os níveis próximos se contraem e, em seguida, desaparecem quando a câmera passa a estar acima da esfera oblíqua. Estreite o hfov e o cone fica fino demais para conter os anéis externos.A projeção no solo. A distância oblíqua de cada nível se torna um raio horizontal no solo:
Uma câmera montada a 6 m cujo nível Identify (250 px/m) é alcançado a uma distância oblíqua de 8 m cobre um raio horizontal no solo de 5.3 m (). Essa é exatamente a projeção que o designer e as exportações em PDF e DXF aplicam a cada nível. (Um mecanismo de compatibilidade legado — câmeras PTZ e câmeras sem configuração de altura de montagem / ponto cego — desenha a distância oblíqua bruta como um raio plano, sem a correção de altura.)
5Modelos de projeção de lentes
Diferentes projetos de lentes mapeiam o ângulo θ em relação ao eixo óptico para o raio no plano de imagem r(θ) de maneiras distintas. Os três usados em CCTV:
| Projeção | r(θ) | Faixa típica |
|---|---|---|
| Rectilinear | HFOV ≲ 120° — a maioria das lentes fixas e varifocais | |
| Equidistant | HFOV ≳ 140° — panorâmica / fisheye | |
| Equisolid | Fisheye que preserva o ângulo sólido |
Para lentes retilíneas, o fator fora do eixo excede 1 assim que θ ultrapassa 45° (HFOV > 90°) e diverge conforme θ → 90°. Como uma aproximação numérica — uma escolha de implementação, não uma propriedade da óptica — o CCTVplanner usa a projeção retilínea até 170° de HFOV e então alterna para a equidistante em prol da estabilidade; a equisólida é suportada na camada de geometria para dados de fabricante que a especifiquem.
A armadilha das folhas de dados: HFOV vs DFOV
Muitos fabricantes — em particular Dahua, Hikvision, Uniview, Tiandy — informam um único número de FOV que na verdade é o campo de visão diagonal (DFOV). Inserir um DFOV em uma ferramenta que espera HFOV resulta em uma pegada 10–15% larga demais, com o erro concentrado nas bordas laterais, onde a densidade de pixels é mais importante. Para um sensor de proporção a (16:9 → a = 16/9):
O mapeamento é não linear: um atalho linear tentador funciona para lentes estreitas, mas falha gravemente à medida que o campo se amplia. Para um sensor 16:9:
| DFOV | HFOV exato | VFOV exato | Erro do atalho linear |
|---|---|---|---|
| 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° |
6Obstáculos, sombras e a pegada visível
Paredes e cercas bloqueiam raios. Cada obstáculo opaco é modelado como um polígono ou polilinha; cada segmento é projetado para longe da câmera até várias vezes o alcance de renderização, e a união dessas sombras por segmento é a silhueta do obstáculo mais tudo o que está atrás dele. A pegada visível é então , por meio do algoritmo de diferença de polígonos de Martínez–Rueda.
Para uma análise com reconhecimento 3D, um obstáculo mais baixo que a câmera projeta uma sombra finita no solo. Para uma parede à distância horizontal d, altura da câmera h_cam, topo do obstáculo h_obs:
Para , o obstáculo bloqueia totalmente a linha de visada — uma sombra infinita, tratada como um bloqueador totalmente opaco. Para edifícios e obstáculos genéricos, esse modelo de altura finita é sempre aplicado sempre que a câmera está acima da estrutura; para cercas, ele é condicionado pela opção "Usar altura vertical (3D)" (padrão: bloqueador opaco). A matemática do fim da sombra está em obstacleTypes.ts; obstacleClipping.ts executa a subtração por diferença de polígonos.
7Projeção em múltiplos pavimentos
A interseção frustum-solo se generaliza para qualquer plano horizontal: substitua por , resolva a mesma equação raio-plano para cada raio de canto, e o resultado é a pegada naquele pavimento. Uma câmera no segundo andar de um átrio cobre o pavimento térreo pela mesma construção — apenas com um z_target diferente e um deslocamento vertical.
8Premissas e limites
Cada fórmula acima se apoia em premissas simplificadoras. Elas são válidas para a maior parte do CCTV de montagem fixa, mas falham em condições específicas — documentadas para que os profissionais saibam quando confiar no modelo.
Premissas do modelo
- Solo plano — sem inclinação, sem curvatura da Terra.
- Câmera estática na captura — sem movimento PTZ, sem vibração.
- Modelo pinhole — sem distorção de lente de Brown–Conrady (k₁, k₂, p₁, p₂).
- Calibração ideal — inclinação, distância focal e centro óptico conforme a especificação.
- Sem rolling shutter; quadro inteiro capturado em um único instante.
- Sem rotação (roll) da câmera; o sensor permanece horizontal.
- Caminho óptico único — sem refração do domo, sem reflexões.
Quando o modelo falha
- Terreno inclinado — a pegada se desloca de forma assimétrica, erro ≈ ±h·tan(slope) por metro.
- Distorção de grande angular — além de ~110° de HFOV, a projeção retilínea pode divergir em vários por cento nos cantos (dependente da lente, da calibração e do modelo).
- Domos de vidro — deslocamento refrativo em escala de mm; relevante apenas para DORI de alta precisão.
- Óptica de múltiplas reflexões — as reflexões não são traçadas; apenas linha de visada.
- PTZ em movimento — o modelo fornece um único pan/tilt; a cobertura é a pegada varrida.
- Tolerância de instalação — os ângulos reais desviam 1–3°; a §9 quantifica o impacto.
9Sensibilidade a erros
Erros de entrada (altura, inclinação, FOV) se propagam para o erro de posição no solo. Para a interseção próxima , as derivadas parciais são:
As parciais angulares estão em radianos (× para valores por grau). Para uma configuração típica (h = 10 m, tilt = 15°, vfov = 50° → d_near ≈ 11.9 m):
| Parâmetro | Erro de entrada | Δ d_near | Nota |
|---|---|---|---|
| tilt α | ±1° | ±0.42 m | resolução do inclinômetro |
| tilt α | ±3° | ±1.27 m | instalação do suporte a olho |
| height h | ±0.5 m | ±0.59 m | trena, mastro inacessível |
| vfov | ±1° | ±0.21 m | arredondamento da folha de dados |
| combined | RMS | ~1.4 m | at 3° + 0.5 m + 1° |
Em termos simples: um erro de instalação de 1° pode deslocar a zona Identify por mais que a largura de um vão de porta. A incerteza do ângulo de instalação domina: cada grau de erro de inclinação custa ~42 cm em d_near neste caso. Um inclinômetro a laser com precisão de 0.1° mantém o erro causado pela inclinação abaixo de 5 cm; um suporte alinhado a olho tem precisão de ~±1 m. Para a verificação de níveis DORI — onde os anéis Recognize e Identify podem estar a 2–3 m de distância um do outro — a inclinação deve ser medida, não estimada.
10Critérios de distância-alvo entre normas
O DORI é a língua franca internacional, mas um projetista trabalha sob a norma que a jurisdição determinar. Todos os referenciais codificam a mesma grandeza física — detalhe necessário a uma distância — em uma de quatro unidades: pixels por metro, porcentagem da altura de tela, pixels por pé ou pares de linhas de Johnson. A geometria acima é idêntica; apenas a leitura muda.
| Região | Norma | Unidade | Detect / Recognise / Identify | vs DORI |
|---|---|---|---|---|
| Intl · EU | IEC / EN 62676-4 (2014·2025) | px/m | 25 / 125 / 250 (Obs 62.5) | escada de referência |
| EU legacy | EN 50132-7:2012 | % screen | 10% / 50% / 100% | forma em altura de tela |
| 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 | migrando para 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 no alvo |
| UAE | Dubai SIRA | px/m | 63.5 / 125 / 250 | ≈ DORI |
| India | BIS IS 16910-4 | px/m | = DORI | adota a IEC 62676-4 |
| Russia | GOST R 51558-2014 ‡ | inter-eye px | face ID ≥60 px IED ‡ | D/R/I parcial |
| Mil · thermal | Johnson 1958 · TTP | line-pairs | 1.0 / 4.0 / 6.4 cyc | modelo subjacente |
| Face biometric | ISO/IEC 19794-5 · 39794-5 | inter-eye px | ~10 / ~40 / ≥90 (IED) | piso sob Identify |
† No Reino Unido, Identify = 100% da altura de tela (HOSDB 28/09, 2009); a especificação anterior PSDB 17/94 / Rotakin usava 120%. Os critérios referem-se a uma pessoa de referência de ~1.6–1.7 m. ‡ A norma russa GOST R 51558 tem baixa confiabilidade aqui — o texto original está atrás de paywall e as fontes secundárias divergem, portanto trate o valor como indicativo. Biométrica facial IED = distância interocular (de pupila a pupila): o piso de pixels sobre o qual "Identify" se apoia em última instância.
Nem toda jurisdição fixa um número. O Canadá (RCMP GCPSG-011) e, na prática, a Arábia Saudita (HCIS) exigem que o desempenho da câmera seja justificado por uma avaliação de risco do local, em vez de um alvo fixo de pixels, e o Japão não publica nenhum critério de distância CCTV dedicado.
A revisão de 2025 da IEC 62676-4 substitui os quatro níveis DORI por uma escada OODPCVS de sete degraus — Overview, Outline, Discern, Perceive, Characterise, Validate, Scrutinise — em 20 / 40 / 80 / 125 / 250 / 500 / 1500 px/m. O motor do CCTVplanner calcula ambos.
Como as quatro unidades medem a mesma coisa, elas se convertem exatamente entre si dados a resolução do sensor e o tamanho do alvo:
Assim, uma mesma distância no motor é lida como 250 px/m (DORI Identify), 100% de altura de tela (EN 50132-7 / HOSDB), 76 px/ft (EUA) ou 6.4 pares de linhas (Johnson) — a mesma câmera, quatro vocabulários.
11Equívocos comuns
Quatro confusões respondem pela maior parte da diferença entre um projeto no papel e o que é de fato instalado — cada uma consequência direta da geometria acima.
12Reprodutibilidade
Cada fórmula aqui é implementada diretamente no módulo de geometria que acompanha o designer do CCTVplanner — sem aproximação além da amostragem numérica, do recorte de polígonos e da ordenação em ponto flutuante — coberta por um conjunto de testes unitários que abrange as projeções retilínea / equidistante / equisólida, casos-limite de ponto cego, projeção DORI no solo, recorte de obstáculos por operações booleanas de polígonos e a extensão para múltiplos pavimentos. Cada figura desta página chama essas mesmas funções.
Principais pontos de entrada
buildFrustum(args)— base da câmera + metadados do frustumcomputeGroundFootprint(frustum, projection)— polígono da pegada amostradaslantToGroundRadius(frustum, slantM)— com verificação de alcançabilidadesubtractObstacleShadows(footprint, shadows)— diferença de Martínez–RuedacomputeFloorFootprint(frustum, z, projection)— variante para múltiplos pavimentos
§Referências
- [1]IEC 62676-4:2014 (com emendas) — Sistemas de videovigilância para uso em aplicações de segurança, Parte 4: Diretrizes de aplicação (distâncias-alvo DORI). Publicada como EN 62676-4 na Europa.
- [2]Hartley & Zisserman, Multiple View Geometry in Computer Vision, 2ª ed., 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 — com a continuação de 2013 em Advances in Engineering Software.
- [5]Szeliski, Computer Vision: Algorithms and Applications, 2ª ed., Springer, 2022 (modelos de projeção, geometria de câmera — referência padrão).
- [6]EN 50132-7:2012 — Sistemas de alarme, sistemas de vigilância CCTV, Parte 7: Diretrizes de aplicação (requisitos operacionais de altura de tela; substituída pela EN 62676-4).
- [7]IEC 62676-4:2025 (Ed. 2) — Diretrizes de aplicação que introduzem a escada de densidade de pixels OODPCVS de sete degraus.
- [8]US DHS Science & Technology, Digital Video Quality Handbook, 2013 (atualizado em 2018) — orientação de pixels por pé para vídeo de segurança pública.
- [9]GB 37300-2018 — Videovigilância de segurança pública (China, obrigatória), §5.6 requisitos de pixels no alvo.
- [10]Johnson, J. (1958), "Analysis of image-forming systems," Proc. Image Intensifier Symposium — com o sucessor NVESD Targeting Task Performance (TTP), Vollmerhausen & Jacobs, Opt. Eng. 43(11), 2004.
- [11]ISO/IEC 19794-5:2011 & ISO/IEC 39794-5:2019 — Dados biométricos de imagem facial (critérios de pixels interoculares para reconhecimento facial e cadastro).
CCTVplanner Research. A Geometria da Cobertura de Câmeras CCTV. Nota Técnica CP-TN-01, v1.0, 2026. cctvplanner.io/camera-physics
@techreport{cctvplanner-cptn01-2026,
title = {The Geometry of CCTV Camera Coverage},
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}Cada figura desta nota é gerada pelo mesmo motor de geometria usado pelo designer do CCTVplanner.
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