Z modelu dierkovej kamery odvodzujeme pôdorys pokrytia naklonenej CCTV kamery na stožiari na zemi: priesečníky blízkej a vzdialenej hrany, geometrické slepé miesto priamo pod úchytom a cieľové vzdialenosti DORI podľa EN 62676-4 zobrazené ako oblúky na zemi. Každý obrázok nižšie sa počíta naživo geometrickým modulom, ktorý je súčasťou dizajnéra CCTVplanner. Posúvaním posuvníkov zreprodukujete každý výsledok. Na záver uvádzame modely projekcie objektívov, pascu HFOV/DFOV v katalógových listoch, tienenie prekážkami, rozpočet chýb parametrov a predpoklady, za ktorých možno modelu dôverovať.
- zem
- rovina z = 0
- kamera
- optický stred vo výške z = h
- osi
- +x doprava · +y dopredu · +z hore
- sklon α
- meraný smerom nadol od vodorovnej roviny
- lúče
- vyslané z optického stredu v báze (f, r, u)
- uhly
- radiány v deriváciách; stupne na obrázkoch
Čisto geometrický model toho, kam dopadajú lúče kamery. V rámci uvedených predpokladov je geometricky presný: matematicky presný, hoci rozsahom obmedzený. Nepokúša sa modelovať:
- kvalitu obrazu ani šum snímača
- artefakty kompresie videa
- osvetlenie, slabé svetlo ani dosah IR
- presnosť AI / analytickej detekcie
1Od frustumu k pôdorysu na zemi
Dierková kamera definuje zorný frustum: štvorbokú pyramídu siahajúcu od optického stredu kamery až po hranice jej obrazovej roviny. Každý bod obrazu (v diskrétnej implementácii stred pixelu) určuje zorný lúč od optického stredu cez obrazovú rovinu. Aby sme našli oblasť zeme, ktorú kamera pokrýva, pretneme každý lúč s rovinou zeme a ponecháme body v rámci dosahu kamery. Model dierkovej kamery sa tu používa, pretože dáva analyticky zvládnuteľnú aproximáciu zodpovedajúcu geometrickým predpokladom EN 62676-4 a zverejneným špecifikáciám väčšiny pevných CCTV kamier.
Pre kameru vo výške h, naklonenú o α pod vodorovnú rovinu, s vertikálnym zorným poľom vfov, je vonkajšia obálka pokrytia vykreslená hranicou obrazu: pri priamočiarej projekcii ju určujú samotné štyri rohové lúče, pri projekciách typu rybie oko sa vzorkuje pozdĺž celej hranice. Pri typických montážach (kde ) má tvar približne lichobežníkový pôdorys so zaoblenými rohmi, nie trojuholník ani výseč vychádzajúcu z úchytu. Keď sa blíži k 90° (strmé stropné kupoly), dolná hrana obrazu sa stretáva so zemou pri päte stožiara a pôdorys degeneruje smerom k výseči.
2Priesečník blízkej a vzdialenej hrany
Každá vzorka obrazovej roviny (s_H, s_V) ∈ [−1, 1]² sa zobrazí na smer zorného lúča v súradnicovej sústave kamery:
kde f, r, u sú bázové vektory kamery dopredu / doprava / hore (pan a tilt sú už zohľadnené). Práve tu vstupujú do geometrie HFOV a VFOV. Priesečník lúča z optického stredu v smere d s rovinou zeme z = 0 dáva každú vzorku pôdorysu. Lúč dolnej hrany (s_V = −1) dopadá na zem v blízkej vzdialenosti, lúč hornej hrany (s_V = +1) vo vzdialenej:
Pre bočné hrany (s_H = ±1) beží rovnaká konštrukcia vo vodorovnej rovine. Pri priamočiarych objektívoch (dominantná CCTV optika) sa premietnu na rozbiehavé priamky, šikmé strany lichobežníka. Pri objektívoch rybie oko je zobrazenie zakrivené a pôdorys sa stáva zakriveným kruhom.
3Geometrické slepé miesto
Pri každej kamere namontovanej nad zemou a naklonenej o menej než nedostane oblasť priamo pod úchytom žiadny lúč. Všetko bližšie než d_near je celkom mimo obrazu a pri pevnom sklone a zornom poli sa slepé miesto mení lineárne s výškou:
Kamera so sklonom 15° a vertikálnym zorným poľom 50° má slepé miesto 4,8 m pri 4 m a 23,8 m pri 20 m, teda pomer 5×, zodpovedajúci pomeru výšok. Pomer slepej plochy k pokrytej ploche je dominantným obmedzením pri umiestnení na vysokých stožiaroch.
4Dosahy DORI (EN 62676-4)
Norma DORI (Detect / Observe / Recognize / Identify) definuje cieľové hustoty pixelov: Identify 250, Recognize 125, Observe 62,5, Detect 25 px/m. Danú hustotu dosiahneme pri určitej šikmej vzdialenosti (priamej viditeľnosti) od objektívu: vzdialenosti predmetu v zobrazovacom vzťahu . Aby návrhár umiestnil stupeň na 2D mapu, premietne túto šikmú vzdialenosť na zem ako vodorovný kruh s polomerom (slantToGroundRadius modulu), orezaný pôdorysom. Oblúky sú teda vodorovné polomery na zemi odvodené zo šikmej vzdialenosti stupňa: rovnajú sa šikmej vzdialenosti len pre kameru na úrovni zeme a so stúpajúcou montážou sa sťahujú dovnútra. Oddiel 10 mapuje tieto stupne px/m na kritériá výšky obrazovky, pixelov na stopu a dvojíc čiar používané inde vo svete.
250 px/m
125 px/m
62.5 px/m
25 px/m
slantToGroundRadius enginu, takže každý popis ukazuje vodorovný polomer . Zvýšte h a blízke stupne sa stiahnu a zmiznú, keď sa kamera dostane nad šikmú guľu. Zúžte hfov a kužeľ bude príliš tenký na vonkajšie kruhy.Projekcia na zem. Šikmá vzdialenosť každého stupňa sa stáva vodorovným polomerom na zemi:
Kamera namontovaná v 6 m, ktorej stupeň Identify (250 px/m) sa dosahuje pri šikmej vzdialenosti 8 m, pokrýva vodorovný polomer na zemi 5,3 m (). Presne túto projekciu uplatňuje dizajnér, export do PDF aj DXF na každý stupeň. (Staršie náhradné riešenie, pre PTZ kamery a kamery bez konfigurácie výšky montáže / slepého miesta, kreslí surovú šikmú vzdialenosť ako plochý polomer bez korekcie výšky.)
5Modely projekcie objektívov
Rôzne konštrukcie objektívov zobrazujú uhol θ od optickej osi na polomer r(θ) v obrazovej rovine rôzne. Tri, ktoré sa používajú v CCTV:
| Projekcia | r(θ) | Typický dosah |
|---|---|---|
| Rectilinear | HFOV ≲ 120° — väčšina pevných a varifokálnych objektívov | |
| Equidistant | HFOV ≳ 140° — panoramatické / rybie oko | |
| Equisolid | Rybie oko zachovávajúce priestorový uhol |
Pri priamočiarych objektívoch presiahne mimoosový faktor hodnotu 1, keď θ prekročí 45° (HFOV > 90°), a diverguje k θ → 90°. Ako numerickú aproximáciu (voľba implementácie, nie vlastnosť optiky) CCTVplanner používa priamočiare zobrazenie do 170° HFOV a potom z dôvodu stability prepína na ekvidištančné. Ekvisolidné je podporované v geometrickej vrstve pre údaje výrobcov, ktoré ho uvádzajú.
Pasca katalógového listu: HFOV oproti DFOV
Mnohí výrobcovia, najmä Dahua, Hikvision, Uniview a Tiandy, uvádzajú jediné číslo FOV, ktoré je v skutočnosti uhlopriečne zorné pole (DFOV). Zadanie DFOV do nástroja, ktorý očakáva HFOV, dá pôdorys o 10–15 % širší, pričom chyba sa sústreďuje na bočných hranách, kde hustota pixelov záleží najviac. Pre snímač so pomerom strán a (16:9 → a = 16/9):
Zobrazenie je nelineárne: lákavá lineárna skratka funguje pre úzke objektívy, no výrazne zlyháva, keď sa zorné pole rozširuje. Pre snímač 16:9:
| DFOV | Presné HFOV | Presné VFOV | Chyba lineárnej skratky |
|---|---|---|---|
| 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° |
6Prekážky, tiene a viditeľný pôdorys
Steny a ploty blokujú lúče. Každá nepriehľadná prekážka sa modeluje ako polygón alebo lomená čiara. Každý segment sa premieta od kamery na niekoľkonásobok dosahu vykresľovania a zjednotenie týchto tieňov segmentov je silueta prekážky plus všetko za ňou. Viditeľný pôdorys je potom prostredníctvom algoritmu Martínez–Rueda na rozdiel polygónov.
Pri 3D analýze vrhá prekážka nižšia ako kamera na zem tieň konečnej dĺžky. Pre stenu vo vodorovnej vzdialenosti d, výške kamery h_cam a hornej hrane prekážky h_obs:
Pre prekážka blokuje priamu viditeľnosť úplne: nekonečný tieň, spracovaný ako úplne nepriehľadná zábrana. Pri budovách a všeobecných prekážkach sa tento model s konečnou výškou používa vždy, keď je kamera nad stavbou. Pri plotoch ho riadi prepínač "Použiť vertikálnu výšku (3D)" (predvolene: nepriehľadná zábrana). Matematika konca tieňa sa nachádza v obstacleTypes.ts a obstacleClipping.ts vykonáva odčítanie polygónov.
7Projekcia na viacerých podlažiach
Priesečník frustumu so zemou sa zovšeobecňuje na ľubovoľnú vodorovnú rovinu: nahraďte za , vyriešte tú istú rovnicu lúč-rovina pre každý rohový lúč a výsledkom je pôdorys na danom podlaží. Kamera na druhom poschodí átria pokrýva prízemie tou istou konštrukciou, len s iným z_target a vertikálnym posunom.
8Predpoklady a hranice
Všetky vzorce vyššie stoja na zjednodušujúcich predpokladoch. Platia pre väčšinu CCTV s pevnou montážou, no za určitých podmienok zlyhávajú. Je to zdokumentované, aby odborníci vedeli, kedy môžu modelu dôverovať.
Predpoklady modelu
- Rovná zem : žiadny sklon, žiadne zakrivenie Zeme.
- Statická kamera pri snímaní: žiadny pohyb PTZ, žiadne vibrácie.
- Model dierkovej kamery: žiadna Brown–Conradyho distorzia objektívu (k₁, k₂, p₁, p₂).
- Ideálna kalibrácia: sklon, ohnisková vzdialenosť a optický stred zodpovedajú špecifikácii.
- Žiadna rolling shutter; celý snímok sa zachytí v jednom okamihu.
- Žiadne natočenie kamery okolo osi; snímač zostáva vodorovný.
- Jedna optická dráha: žiadny lom v kupole, žiadne odrazy.
Keď to prestane platiť
- Svahovitý terén: pôdorys sa posúva asymetricky, chyba ≈ ±h·tan(slope) na meter.
- Širokouhlá distorzia: nad približne 110° HFOV sa priamočiare zobrazenie môže v rohoch odchyľovať o niekoľko percent (v závislosti od objektívu, kalibrácie a modelu).
- Sklenené kupoly: lom svetla v rádovo milimetroch; záleží len pri DORI s vysokou presnosťou.
- Optika s viacnásobným odrazom: odrazy sa nesledujú; iba priama viditeľnosť.
- PTZ v pohybe: model dáva jedno pan/tilt; pokrytie je preletený pôdorys.
- Montážna tolerancia: skutočné uhly sa líšia o 1–3°; §9 kvantifikuje dopad.
9Citlivosť na chyby
Chyby vstupov (výška, sklon, FOV) sa prenášajú do chyby polohy na zemi. Pre blízky priesečník sú parciálne derivácie:
Uhlové parciálne derivácie sú v radiánoch (× na stupeň). Pre typickú konfiguráciu (h = 10 m, sklon = 15°, vfov = 50° → d_near ≈ 11.9 m):
| Parameter | Chyba vstupu | Δ d_blízko | Poznámka |
|---|---|---|---|
| tilt α | ±1° | ±0.42 m | rozlíšenie inklinometra |
| tilt α | ±3° | ±1.27 m | konzola nastavená od oka |
| height h | ±0.5 m | ±0.59 m | meracie pásmo, neprístupný stožiar |
| vfov | ±1° | ±0.21 m | zaokrúhlenie v katalógovom liste |
| combined | RMS | ~1.4 m | at 3° + 0.5 m + 1° |
Jednoducho povedané: chyba montáže 1° môže posunúť zónu Identify o viac, než je šírka dverí. Neistota uhla montáže dominuje: každý stupeň chyby sklonu tu stojí približne 42 cm pri d_near. Laserový inklinometer s presnosťou 0,1° udrží chybu zo sklonu pod 5 cm, konzola nastavená od oka je dobrá na približne ±1 m. Pri overovaní stupňov DORI, kde môžu kruhy Recognize a Identify ležať 2–3 m od seba, by sa sklon mal merať, nie odhadovať.
10Kritériá cieľovej vzdialenosti naprieč normami
DORI je medzinárodná lingua franca, no návrhár pracuje podľa normy, ktorú predpisuje jurisdikcia. Každý rámec vyjadruje tú istú fyzikálnu veličinu, potrebný detail na vzdialenosť, v jednej zo štyroch jednotiek: pixely na meter, percento výšky obrazovky, pixely na stopu alebo Johnsonove dvojice čiar. Geometria vyššie je rovnaká, mení sa len odčítanie.
| Región | Norma | Jednotka | Detect / Recognise / Identify | oproti DORI |
|---|---|---|---|---|
| Intl · EU | IEC / EN 62676-4 (2014·2025) | px/m | 25 / 125 / 250 (Obs 62.5) | referenčný rebrík |
| EU legacy | EN 50132-7:2012 | % screen | 10% / 50% / 100% | forma podľa výšky obrazovky |
| 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 | prechod na 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 na cieli |
| UAE | Dubai SIRA | px/m | 63.5 / 125 / 250 | ≈ DORI |
| India | BIS IS 16910-4 | px/m | = DORI | preberá IEC 62676-4 |
| Russia | GOST R 51558-2014 ‡ | inter-eye px | face ID ≥60 px IED ‡ | čiastočné D/R/I |
| Mil · thermal | Johnson 1958 · TTP | line-pairs | 1.0 / 4.0 / 6.4 cyc | základný model |
| Face biometric | ISO/IEC 19794-5 · 39794-5 | inter-eye px | ~10 / ~40 / ≥90 (IED) | minimum pod Identify |
† UK Identify = 100 % výšky obrazovky (HOSDB 28/09, 2009); skoršia špecifikácia PSDB 17/94 / Rotakin používala 120 %. Kritériá platia pre referenčnú osobu s výškou približne 1,6–1,7 m. ‡ Ruský GOST R 51558 má tu nízku istotu: primárny text je za platobnou bránou a sekundárne zdroje sa rozchádzajú, preto hodnotu berte ako orientačnú. Biometrické IED tváre = vzdialenosť medzi očami (od zrenice k zrenici): pixelové minimum, na ktorom "Identify" v konečnom dôsledku stojí.
Nie každá jurisdikcia stanovuje číslo. Kanada (RCMP GCPSG-011) a v praxi Saudská Arábia (HCIS) vyžadujú, aby sa výkon kamery odôvodnil posúdením rizík lokality, nie pevným cieľom v pixeloch, a Japonsko nezverejňuje žiadne samostatné kritérium vzdialenosti pre CCTV.
Revízia IEC 62676-4 z roku 2025 nahrádza štyri stupne DORI sedemstupňovým rebríkom OODPCVS (Overview, Outline, Discern, Perceive, Characterise, Validate, Scrutinise) pri 20 / 40 / 80 / 125 / 250 / 500 / 1500 px/m. Engine CCTVplanner počíta obe.
Keďže všetky štyri jednotky merajú to isté, dajú sa presne prevádzať pri znalosti rozlíšenia snímača a veľkosti cieľa:
Jedna vzdialenosť v engine sa tak zobrazí ako 250 px/m (DORI Identify), 100 % výšky obrazovky (EN 50132-7 / HOSDB), 76 px/ft (USA) alebo 6,4 dvojice čiar (Johnson): tá istá kamera, štyri slovníky.
11Časté mýlne predstavy
Štyri nedorozumenia vysvetľujú väčšinu rozdielu medzi návrhom na papieri a tým, čo sa nainštaluje. Každé je priamym dôsledkom geometrie vyššie.
12Reprodukovateľnosť
Každý vzorec je implementovaný priamo v geometrickom module, ktorý je súčasťou dizajnéra CCTVplanner, bez iných aproximácií než numerické vzorkovanie, orezávanie polygónov a poradie operácií s pohyblivou desatinnou čiarkou. Modul pokrýva sada jednotkových testov pre priamočiare / ekvidištančné / ekvisolidné projekcie, okrajové prípady slepých miest, projekciu DORI na zem, boolovské orezávanie polygónov pri prekážkach a rozšírenie na viac podlaží. Každý obrázok na tejto stránke volá tie isté funkcie.
Kľúčové vstupné body
buildFrustum(args)— báza kamery + metadáta frustumucomputeGroundFootprint(frustum, projection)— vzorkovaný polygón pôdorysuslantToGroundRadius(frustum, slantM)— s kontrolou dosiahnuteľnostisubtractObstacleShadows(footprint, shadows)— rozdiel Martínez–RuedacomputeFloorFootprint(frustum, z, projection)— variant pre viac podlaží
§Referencie
- [1]IEC 62676-4:2014 (so zmenami): Videodohľadové systémy na použitie v bezpečnostných aplikáciách, časť 4: Pokyny na použitie (cieľové vzdialenosti DORI). V Európe vydaná ako EN 62676-4.
- [2]Hartley & Zisserman, Multiple View Geometry in Computer Vision, 2. vyd., 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, s nadväzujúcou prácou z roku 2013 v Advances in Engineering Software.
- [5]Szeliski, Computer Vision: Algorithms and Applications, 2. vyd., Springer, 2022 (modely projekcie, geometria kamery; štandardná referencia).
- [6]EN 50132-7:2012: Poplachové systémy, CCTV dohľadové systémy, časť 7: Pokyny na použitie (prevádzkové požiadavky na výšku obrazovky; nahradená EN 62676-4).
- [7]IEC 62676-4:2025 (2. vyd.): Pokyny na použitie, ktoré zavádzajú sedemstupňový rebrík hustoty pixelov OODPCVS.
- [8]US DHS Science & Technology, Digital Video Quality Handbook, 2013 (aktualizovaný 2018): usmernenie k pixelom na stopu pre video verejnej bezpečnosti.
- [9]GB 37300-2018: Video dohľad verejnej bezpečnosti (Čína, povinná), §5.6 požiadavky na cieľové pixely.
- [10]Johnson, J. (1958), "Analysis of image-forming systems," Proc. Image Intensifier Symposium, s nasledovníkom NVESD Targeting Task Performance (TTP), Vollmerhausen & Jacobs, Opt. Eng. 43(11), 2004.
- [11]ISO/IEC 19794-5:2011 & ISO/IEC 39794-5:2019: Biometrické údaje obrazu tváre (kritériá pixelov medzi očami pre rozpoznávanie tváre a registráciu).
CCTVplanner Research. The Geometry of CCTV Camera Coverage. Technical Note 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}
}Každý obrázok v tejto poznámke generuje ten istý geometrický engine, aký používa dizajnér CCTVplanner.
Otvoriť dizajnéra