เมกะพิกเซลกับระยะทาง
ความละเอียดเพียงอย่างเดียวไม่ได้กำหนดคุณภาพของภาพ สิ่งที่สำคัญคือจำนวนพิกเซลที่ครอบคลุมเป้าหมายในระยะทางที่กำหนด คู่มือนี้ประกอบด้วยการคำนวณจริงและตารางระยะทางปฏิบัติสำหรับความละเอียด CCTV ยอดนิยมทุกระดับ
สารบัญ
ทำความเข้าใจความละเอียดกล้อง
ความละเอียดกล้องถูกกำหนดโดยจำนวนพิกเซลทั้งหมดบนเซ็นเซอร์ภาพ พิกเซลแต่ละตัวบันทึกส่วนเล็กๆ ของฉาก ยิ่งมีพิกเซลมากก็สามารถจับรายละเอียดได้มากขึ้น แต่เฉพาะเมื่อพิกเซลเหล่านั้นกระจายอยู่ในมุมมองภาพที่เหมาะสม
นี่คือความละเอียด CCTV ยอดนิยมพร้อมจำนวนพิกเซลเซ็นเซอร์จริง:
| ความละเอียด | ขนาดพิกเซล | จำนวนพิกเซลทั้งหมด |
|---|---|---|
| 2MP (1080p) | 1920 x 1080 | 2,073,600 |
| 4MP (1440p) | 2560 x 1440 | 3,686,400 |
| 5MP | 2592 x 1944 | 5,038,848 |
| 8MP (4K) | 3840 x 2160 | 8,294,400 |
| 12MP | 4000 x 3000 | 12,000,000 |
ความละเอียดที่สูงขึ้นหมายถึงพิกเซลมากขึ้นกระจายทั่วมุมมองภาพ กล้อง 4K มีพิกเซลมากกว่ากล้อง 1080p ถึงสี่เท่า แต่ไม่ได้หมายความว่าระยะใช้งานจะมากกว่าสี่เท่าโดยอัตโนมัติ ความสัมพันธ์ระหว่างความละเอียดและระยะที่มีประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับความยาวโฟกัสเลนส์และมุมมองภาพที่ได้
ระยะทางส่งผลต่อความหนาแน่นพิกเซลอย่างไร
ความหนาแน่นพิกเซลคือจำนวนพิกเซลที่ครอบคลุมทุกเมตรของฉากในระยะทางที่กำหนด นี่คือตัวชี้วัดที่สำคัญที่สุดในการกำหนดว่ากล้องสามารถจับรายละเอียดที่เป็นประโยชน์ของเป้าหมายได้หรือไม่
ความสัมพันธ์นี้เป็นสัดส่วนผกผันและเป็นเส้นตรง: เมื่อระยะทางเพิ่มขึ้นสองเท่า ความกว้างมุมมองภาพแนวนอนก็เพิ่มขึ้นสองเท่า จึงกระจายพิกเซลจำนวนเท่าเดิมไปบนความกว้างที่มากขึ้นสองเท่า ความหนาแน่นพิกเซลลดลงครึ่งหนึ่ง
PPM = Horizontal Resolution / Horizontal FOV Width (m)
Where Horizontal FOV Width = 2 x Distance x tan(HFOV / 2)
And HFOV depends on focal length and sensor size:
HFOV = 2 x arctan(sensor width / (2 x focal length))
สำหรับเซ็นเซอร์ 1/2.7" ทั่วไป (ความกว้างเซ็นเซอร์ 5.37 มม.) เลนส์ 4 มม. ให้มุมมองภาพแนวนอนประมาณ 73.7 องศา ที่ระยะ 10 เมตร จะสร้างความกว้างมุมมองภาพแนวนอนประมาณ 15.3 เมตร กล้อง 2MP (1920 พิกเซลแนวนอน) ให้ประมาณ 125 PPM ที่ระยะนั้น
ที่ระยะ 20 เมตร กล้องและเลนส์เดิมให้ความกว้างมุมมองภาพประมาณ 30.6 เมตร ลดความหนาแน่นพิกเซลเหลือประมาณ 63 PPM -- ครึ่งหนึ่งพอดี ความสัมพันธ์ผกผันนี้เป็นข้อจำกัดพื้นฐานในการออกแบบระบบ CCTV
มาตรฐาน DORI และข้อกำหนด PPM
มาตรฐาน EN 62676-4 กำหนดระดับรายละเอียดสี่ระดับสำหรับการเฝ้าระวังด้วยภาพ แต่ละระดับมีข้อกำหนดความหนาแน่นพิกเซลขั้นต่ำ นี่คือเกณฑ์ที่ระบบของคุณต้องตอบสนองเพื่อให้บรรลุแต่ละระดับประสิทธิภาพทางภาพ:
| ระดับ DORI | PPM ขั้นต่ำ | ความหมาย |
|---|---|---|
| Detect (ตรวจจับ) | 25 px/m | ระบุว่ามีบุคคลอยู่หรือไม่ (ใช่/ไม่ใช่) |
| Observe (สังเกต) | 62.5 px/m | ระบุเสื้อผ้า ลักษณะการเดิน และรูปลักษณ์ทั่วไป |
| Recognize (จดจำ) | 125 px/m | จับคู่บุคคลกับข้อมูลอ้างอิงที่รู้จัก (เช่น รายชื่อพนักงาน) |
| Identify (ระบุตัวตน) | 250 px/m | ระบุตัวตนบุคคลที่ไม่รู้จัก ภาพที่ใช้เป็นหลักฐานในศาลได้ |
นี่คือค่าขั้นต่ำที่กำหนดโดยมาตรฐาน ในทางปฏิบัติ ปัจจัยต่างๆ เช่น สัญญาณรบกวนจากการบีบอัด การเบลอจากการเคลื่อนไหว และสัญญาณรบกวนในแสงน้อย หมายความว่าควรตั้งเป้าหมายให้สูงกว่า PPM ขั้นต่ำอย่างน้อย 20-30% เพื่อให้มีประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ในสภาพจริง
ตารางระยะทางปฏิบัติ
ตารางด้านล่างแสดงระยะทางใช้งานสูงสุดสำหรับแต่ละชุดความละเอียดและเลนส์ คำนวณสำหรับเซ็นเซอร์ 1/2.7" (ความกว้าง 5.37 มม.) ซึ่งเป็นขนาดเซ็นเซอร์ที่พบบ่อยที่สุดในกล้อง IP สมัยใหม่ ระยะทางปัดเศษเป็นเมตรที่ใกล้ที่สุด
ระบุตัวตน -- 250 PPM (ระยะสูงสุด)
คุณภาพหลักฐาน รายละเอียดใบหน้าครบถ้วนของบุคคลที่ไม่รู้จัก
| ความละเอียด | 2.8mm | 4mm | 6mm | 8mm | 12mm |
|---|---|---|---|---|---|
| 2MP (1080p) | 3m | 4.5m | 7m | 9m | 14m |
| 4MP (1440p) | 4m | 6m | 9m | 12m | 18m |
| 5MP | 4m | 6m | 9m | 13m | 19m |
| 8MP (4K) | 6m | 8.5m | 13m | 17m | 26m |
| 12MP | 7m | 10m | 15m | 21m | 31m |
จดจำ -- 125 PPM (ระยะสูงสุด)
จับคู่บุคคลที่รู้จัก เพียงพอสำหรับการตรวจสอบการควบคุมการเข้าถึง
| ความละเอียด | 2.8mm | 4mm | 6mm | 8mm | 12mm |
|---|---|---|---|---|---|
| 2MP (1080p) | 6m | 9m | 14m | 18m | 28m |
| 4MP (1440p) | 8m | 12m | 18m | 24m | 36m |
| 5MP | 9m | 12m | 19m | 25m | 38m |
| 8MP (4K) | 12m | 17m | 26m | 34m | 52m |
| 12MP | 14m | 21m | 31m | 42m | 62m |
สังเกต -- 62.5 PPM (ระยะสูงสุด)
ระบุสีเสื้อผ้า รูปร่างทั่วไป และทิศทางการเคลื่อนที่
| ความละเอียด | 2.8mm | 4mm | 6mm | 8mm | 12mm |
|---|---|---|---|---|---|
| 2MP (1080p) | 12m | 18m | 28m | 36m | 55m |
| 4MP (1440p) | 16m | 24m | 36m | 48m | 73m |
| 5MP | 17m | 25m | 38m | 50m | 76m |
| 8MP (4K) | 24m | 34m | 52m | 69m | 103m |
| 12MP | 29m | 42m | 62m | 83m | 125m |
ตรวจจับ -- 25 PPM (ระยะสูงสุด)
ยืนยันการมีอยู่ของบุคคล เหมาะสำหรับการเฝ้าระวังรอบนอกและการสังเกตพื้นที่ขนาดใหญ่
| ความละเอียด | 2.8mm | 4mm | 6mm | 8mm | 12mm |
|---|---|---|---|---|---|
| 2MP (1080p) | 30m | 44m | 69m | 91m | 138m |
| 4MP (1440p) | 40m | 59m | 91m | 121m | 183m |
| 5MP | 42m | 62m | 95m | 126m | 190m |
| 8MP (4K) | 59m | 86m | 131m | 172m | 259m |
| 12MP | 73m | 104m | 156m | 208m | 312m |
ผลกระทบของความยาวโฟกัสเลนส์
ความยาวโฟกัสเป็นเครื่องมือที่สำคัญที่สุดในการเพิ่มระยะที่มีประสิทธิภาพ ความยาวโฟกัสที่ยาวขึ้นจะลดมุมมองภาพ ทำให้พิกเซลจำนวนเท่าเดิมกระจุกตัวอยู่บนพื้นที่ฉากที่เล็กกว่า ผลลัพธ์คือความหนาแน่นพิกเซลบนเป้าหมายสูงขึ้น
ความสัมพันธ์นี้เป็นสัดส่วนโดยตรง: การเพิ่มความยาวโฟกัสเป็นสองเท่าจะเพิ่มระยะที่มีประสิทธิภาพสูงสุดเป็นสองเท่าสำหรับระดับ DORI ใดๆ เลนส์ 12 มม. ให้ระยะประมาณสามเท่าของเลนส์ 4 มม. ด้วยเซ็นเซอร์และความละเอียดเดียวกัน
Horizontal FOV angles for 1/2.7" sensor (5.37mm width):
2.8mm lens: ~87.4 degrees (wide angle, short range)
4mm lens: ~73.7 degrees (standard wide)
6mm lens: ~48.2 degrees (medium)
8mm lens: ~37.0 degrees (narrow medium)
12mm lens: ~25.2 degrees (narrow, long range)
การแลกเปลี่ยนคือพื้นที่ครอบคลุม เลนส์ 2.8 มม. ครอบคลุมพื้นที่กว้าง แต่ให้ความหนาแน่นพิกเซลต่ำในระยะไกล เลนส์ 12 มม. ให้รายละเอียดที่ยอดเยี่ยมในระยะไกล แต่ครอบคลุมทางเดินแคบๆ เท่านั้น ไม่สามารถมีทั้งสองอย่างพร้อมกันด้วยกล้องตัวเดียว
ตัวอย่าง: ทางเข้าลานจอดรถ
ระยะจากเป้าหมาย: 15 เมตร ต้องการ: ระบุตัวตน (250 PPM) กล้อง 2MP พร้อมเลนส์ 2.8 มม. ให้เพียงประมาณ 50 PPM ที่ระยะ 15 ม. -- ไม่เพียงพอมาก การเปลี่ยนเป็นเลนส์ 12 มม. กับกล้องเดิมเพิ่มค่าเป็นประมาณ 187 PPM -- ยังไม่เพียงพอ การอัปเกรดเป็น 4MP พร้อมเลนส์ 12 มม. ให้ประมาณ 250 PPM -- พอดีกับเกณฑ์ เพื่อความปลอดภัยให้ใช้กล้อง 8MP พร้อมเลนส์ 8 มม. ให้ประมาณ 283 PPM -- ระบุตัวตนได้เชื่อถือได้
เมื่อเลือกเลนส์ ให้เริ่มจากระดับ DORI ที่ต้องการและระยะจากเป้าหมาย จากนั้นย้อนกลับมาหาชุดความยาวโฟกัสและความละเอียดขั้นต่ำที่ตอบสนองเกณฑ์ PPM
ความละเอียดเทียบกับกล้องเพิ่มเติม
คำถามที่พบบ่อยในการออกแบบคือควรลงทุนกับกล้องความละเอียดสูงจำนวนน้อยลง หรือใช้กล้องความละเอียดมาตรฐานจำนวนมากขึ้นที่วางใกล้เป้าหมายกว่า ทั้งสองแนวทางมีการใช้งานที่ชัดเจน
เมื่อใดควรเลือกความละเอียดที่สูงขึ้น
ใช้กล้องความละเอียดสูงเมื่อต้องการรายละเอียดในระยะไกล แต่การติดตั้งกล้องให้ใกล้กว่าเป็นไปไม่ได้หรือไม่สะดวกในทางกายภาพ สถานการณ์ทั่วไปได้แก่ การเฝ้าระวังพื้นที่เปิดโล่งขนาดใหญ่จากหลังคาอาคาร การครอบคลุมทางเดินยาวจากปลายด้านหนึ่ง หรือการสังเกตรั้วรอบนอกจากตำแหน่งสูง ในกรณีเช่นนี้การอัปเกรดจาก 2MP เป็น 8MP จะเพิ่มระยะการระบุตัวตนได้ถึงสองเท่า
เมื่อใดควรเพิ่มกล้องมากขึ้น
เพิ่มกล้องเมื่อต้องการครอบคลุมพื้นที่กว้างขึ้น กล้อง 12MP ตัวเดียวพร้อมเลนส์แคบครอบคลุมเพียงทางเดินจำกัด กล้อง 4MP สองตัวพร้อมเลนส์มาตรฐาน วางอยู่ในตำแหน่งกลาง สามารถครอบคลุมพื้นที่เดียวกันด้วยความหนาแน่นพิกเซลที่ดีกว่าในทุกจุด มักเป็นทางเลือกที่คุ้มค่ากว่า เนื่องจากกล้อง 4MP มาตรฐานราคาถูกกว่ารุ่น 12MP มาก และต้นทุนโครงสร้างพื้นฐาน (สาย, พอร์ต PoE) พอประมาณ
กฎ 2x
หากระยะจากเป้าหมายเกินกว่าสองเท่าของระยะการระบุตัวตนของกล้องและเลนส์ปัจจุบัน การเพิ่มกล้องอีกตัวในตำแหน่งที่ใกล้กว่าเกือบจะมีประสิทธิภาพมากกว่าการเพิ่มความละเอียดเสมอ ตัวอย่างเช่น หากกล้อง 4MP พร้อมเลนส์ 4 มม. สามารถระบุตัวตนได้ที่ 6 เมตร และเป้าหมายอยู่ที่ระยะ 15 เมตร การเพิ่มกล้องตัวที่สองกลางทาง (แต่ละตัวครอบคลุม 7.5 เมตร) เชื่อถือได้มากกว่าและมักราคาถูกกว่าการอัปเกรดเป็น 12MP
ในทางปฏิบัติ ระบบที่ดีที่สุดรวมทั้งสองกลยุทธ์: กล้องความละเอียดสูงในตำแหน่งมุมมองภาพรวมที่แน่นอน และกล้องความละเอียดมาตรฐานวางใกล้จุดวิกฤต เช่น ทางเข้า เคาน์เตอร์ชำระเงิน และจุดตรวจควบคุมการเข้าถึง