Калькулятор FOV

HFOV , VFOV та I FOV — математика, що стоїть за кожною камерою відеоспостереження

Поле зору камери визначається рівно двома фізичними величинами: активними розмірами сенсора зображення та фокусною відстанню об'єктива. Все інше — мегапікселі, кодек, брендинг, тип кріплення — не має значення для кутового охоплення. Горизонтальне поле зору ( HFOV ) дорівнює HFOV = 2 × arctan(W / 2f), де W — активна ширина сенсора в міліметрах, а f — фокусна відстань об'єктива в міліметрах. Вертикальне поле зору ( VFOV ) розраховується за тією ж формулою, але з висотою сенсора H замість W. Діагональне FOV використовує діагональ сенсора. У більшості технічних характеристик відеоспостереження вказано лише HFOV ; калькулятор вище розраховує його на основі фокусної відстані та вибраного вами попереднього налаштування сенсора.

Співвідношення сторін має значення, оскільки ширина та висота сенсора не є незалежними. Сучасний CMOS-сенсор 16:9, такий як Sony IMX415, має активну площу 5,6 × 3,1 мм (оптичний формат 1/2,8 дюйма). З об'єктивом 4 мм це дає HFOV ≈ 70°, але VFOV ≈ 42°. Сенсор 4:3 з еквівалентною діагоналлю дасть HFOV ≈ 64° та VFOV ≈ 50°. Вказівка "ширококутний" без вказівки, яка вісь є ширококутною, є неоднозначною: той самий об'єктив виглядає разюче по-різному на сенсорах 16:9 та 4:3.

Розміри сенсорів у системах відеоспостереження успадковані від номенклатури відіконових трубок і майже ніколи не відповідають буквальному дробу. Датчик "1/3 дюйма" має ширину приблизно 4,8 мм, "1/2,7 дюйма" — 5,0 мм, "1/2,8 дюйма" — 5,4 мм, "1/2 дюйма" — 6,4 мм, "2/3 дюйма" — 8,8 мм, а "1 дюйм" — 12,8 мм. Використання буквального дробу дюйма в будь-якій формулі FOV призведе до завищення кутового охоплення на 30–60%. Завжди шукайте активну ширину в міліметрах у технічному описі сенсора або покладайтеся на добре відомі пресети в калькуляторі вище.

I FOV — миттєве поле зору або кутовий розмір одного пікселя — це те, що фактично визначає, чи можна розрізнити обличчя або прочитати номер зображення. I FOV у мілірадіанах приблизно дорівнює 1000 × крок пікселя / фокусна відстань. 1/2,8-дюймовий 4-мегапіксельний сенсор має крок пікселя близько 2,0 мкм; з об'єктивом 4 мм це 0,5 мрад/піксель, або приблизно один піксель на 2 мм на відстані 4 м. Помножте на необхідну кількість пікселів на цілі (зазвичай 200 пікселів на обличчі для ідентифікації), і ви отримаєте максимальну дальність ідентифікації без використання повної математики DORI .

У режимі коридору датчик повертається на 90° так, що довга вісь рухається вертикально — це корисно для коридорів, ескалаторів та вузьких проходів. HFOV та VFOV міняються місцями в прошивці, і камера створює відеопотік у портретній орієнтації. VMS повинна підтримувати формат 9:16 для його правильного відображення. Багатосенсорні та панорамні камери зшивають кадри, що перекриваються, з двох-восьми пар датчик-лінза для створення безперервного широкого поля — типовий ефективний HFOV становить 180° або 360°, але роздільна здатність на швах помітно падає, а щільність пікселів на метр на відстані не краща, ніж у одного датчика з такою ж кількістю мегапікселів.

Корекція нахилу має значення для будь-якої камери, спрямованої не ідеально горизонтально. Якщо камера на висоті 4 м дивиться вниз на ціль на землі на відстані 10 м, то кут нахилу становитиме √(4² + 10²) = 10,77 м, а не 10 м. Вертикальне FOV одночасно захоплює як близьку, так і далеку землю, тому щільність пікселів різко змінюється вздовж проектованої площі. Більшість помилок планування пов'язані з тим, що інженери ігнорують це та припускають чисту прямокутну площу поверхні з рівномірною кількістю пікселів на милю (PPM).

Як користуватися цим калькулятором поля FOV

1. Виберіть формат датчика. Чотири пресети охоплюють майже всі камери з фіксованим об'єктивом, що постачаються сьогодні: 1/3 дюйма для початкового рівня bullet ", 1/2 дюйма для середнього рівня " turret " камер та більшості 4-мегапіксельних камер, 2/3 дюйма для преміальних моделей "бокс" та PTZ , і 1 дюйм для спеціалізованих датчиків для роботи з низьким освітленням. Ширина в міліметрах заповнюється автоматично.
2. Встановіть фокусну відстань. Перетягніть повзунок для встановлення будь-якого значення від 1 до 50 мм або клацніть популярний пресет (2.8, 3.6, 4, 6, 8, 12, 16, 25, 35, 50). Для варіофокального об’єктива оцініть калькулятор на обох кінцях діапазону масштабування.
3. Встановіть цільову відстань. Це горизонтальна відстань від камери до площини, що цікавить — воріт, ряду полиць, краю паркувального місця. Використовуйте метри або фути залежно від ваших уподобань. Ширина покриття на цій відстані розраховується в режимі реального часу нижче.
4. Прочитайте дві вихідні картки. Перше показує горизонтальне кутове поле зору FOV у градусах — корисно для порівняння з маркетинговими даними виробника. Друге показує лінійну ширину сцени, що охоплюється на вибраній вами відстані — корисно для порівняння з фізичною областю, яку потрібно контролювати.

Розроблений приклад: парковка ANPR

Менеджер торговельного парку хоче встановити автоматичне розпізнавання номерних знаків (ANPR) на в'їзді транспортних засобів з однією смугою руху. Смуга руху має ширину 3,5 м, а камера буде встановлена на відстані 4 м на стовпі, розташованому на відстані 12 м від лінії зчитування. Транспортний засіб повинен рухатися достатньо повільно, щоб його можна було ідентифікувати — припустимо, 10 км/год або менше, що дає бюджет затвора приблизно 1/250 с.

Почніть з 4-мегапіксельної камери (2560 горизонтальних пікселів) на сенсори 1/2,8 дюйма. Щоб надійно зчитати європейський номерний знак (шириною 520 мм), вам потрібно щонайменше 250 пікселів за хвилину на площині номера, що еквівалентно приблизно 130 пікселям по самому номерному знаку. Підключіть 4-міліметровий об'єктив до калькулятора: HFOV ≈ 68°, ширина сцени на відстані 12 м ≈ 16,2 м. Це розподіляє 2560 пікселів на 16,2 м, даючи лише 158 пікселів за хвилину, що значно менше необхідних 250 пікселів за хвилину.

Переходимо до об'єктива 8 мм. Кут високої чіткості зображення HFOV падає до 37,4°, ширина сцени на відстані 12 м стає 8,1 м, а щільність пікселів зростає до 316 PPM — що значно перевищує поріг ідентифікації в 250 PPM. Горизонтальне покриття 8,1 м легко вміщує смугу зчитування 3,5 м плюс запас. Діапазон похилого зображення від висоти монтажу 4 м до лінії зчитування 12 м становить √(4² + 12²) = 12,65 м, тому ефективне значення PPM на похилій площині цілі ближче до 300, що все ще значно вище порогового значення.

12-міліметровий об'єктив забезпечить 474 пікселів на хвилину — надмірно для однієї смуги руху та занадто вузько, щоб зафіксувати номерні знаки, якщо транспортний засіб зупиниться трохи збоку. 8-міліметровий об'єктив — правильний вибір. Той самий розрахунок також показує, чому «будь-якої 4-мегапіксельної камери» недостатньо: 4-міліметровий об'єктив на відстані 12 м просто не розміщує достатньо пікселів на номерному знаку, незалежно від того, як рекламується камера.

Поширені помилки FOV

• Використання буквального дробу дюймів як ширини датчика. Датчик 1/2,8 дюйма має ширину не 1/2,8 дюйма (9 мм) — він має ширину 5,4 мм. Використання неправильної ширини робить кожне значення FOV на 30–60% занадто широким, а кожну оцінку відстані занадто оптимістичною.
• Вказування HFOV коли для встановлення потрібен VFOV . Коридори та коридори враховують вертикальне покриття, а не горизонтальне. Або поверніть у режим коридору, або обчисліть VFOV явно. Значення HFOV за замовчуванням, зазначене у специфікації, не має значення для застосувань вертикальної осі.
• Ігнорування нахилу та діапазону нахилу. Камера на висоті 4 м, що спрямована на ціль на землі на відстані 10 м, має кут огляду 10,77 м, а площа поверхні має форму трапеції, а не прямокутника. Проста математика горизонтального FOV точна лише на оптичній осі.
• Забуття про співвідношення сторін під час змішування 16:9 та 4:3. 4-міліметровий об'єктив на сенсорі 16:9 1/2.8" забезпечує 70° HFOV , але лише 42° VFOV . Той самий об'єктив на сенсорі 4:3 з еквівалентною діагоналлю забезпечує 64° HFOV та 50° VFOV . Змішане обладнання різних форматів призводить до нерівномірного покриття, навіть якщо «об'єктив однаковий».
• Обробка панорамного FOV як адитивного. 4-сенсорна камера з оглядом 360° не дає в 4 рази більше пікселів на відстані — вона дає в 1 раз більше щільності пікселів одного датчика на будь-якій заданій відстані, просто зшиті по ширшому азимуту. Використовуйте панорамну камеру для ситуаційної обізнаності, а не для ідентифікації на великій відстані.

Стандарти та посилання на відповідність

• EN 62676-4:2015 — Керівництво із застосування систем відеоспостереження. Визначає структуру щільності пікселів DORI , яка перетворює FOV у категорії операційної продуктивності. Калькулятор EN 62676-4 →
• IEC 62676-4:2025 (OODPCVS) — Міжнародне оновлення 2025 року, яке запроваджує підрівні з урахуванням щільності пікселів у коридорному режимі (PPM_v) та аналітики на основі AI .
• NATO STANAG 4347 / Johnson Criteria — Метрика циклів на цілі для теплових датчиків, з 1,5 / 6 / 12 циклами для виявлення / розпізнавання / ідентифікації. Використовує кутові метрики, а не кількість пікселів. Калькулятор критеріїв Джонсона →
• NDAA Section 889 — Обмеження у США на закупівлі відеообладнання від перелічених виробників, що охоплюється цією діяльністю; ортогонально до математики FOV , але зазвичай є обов'язковою умовою для участі в тендері. Довідка про відповідність NDAA →
• IEC 61146-1 — Методи вимірювання для відеокамер: визначає формальні процедури вимірювання роздільної здатності, чутливості та кутового охоплення на лабораторному рівні.

Продовжити читання