Повышение разрешения камер – одна из самых популярных тенденций видеонаблюдения как в секторе профессиональных решений, так и в масс-маркете. Однако производители стараются не обращать внимание потребителей на отрицательные моменты этого тренда, в том числе на снижение чувствительности матриц, сложность подбора высококачественной оптики, а также увеличение размеров видеопотоков и затраты на организацию архива.

По выбору объектива производители уже дают частичный ответ – в мультимегапиксельных камерах в цилиндрическом (Bullet) и купольном (Dome) исполнениях встроенные объективы. Но всегда ли устройства "всё в одном" – это правильный выбор? К сожалению, такой вопрос сейчас актуален только для профессионалов. Во-первых, на Box-камеру пользователь может установить оптимальный для него объектив. Во-вторых, из-за встроенной ИК-подсветки и конструктива камеры "всё в одном" распространены такие проблемы, как:

• отражение от осадков, элементов камеры или близко расположенных объектов;
• несоответствие угла подсветки углу обзора камеры;
• модели "всё в одном" имеют меньшую надежность и температурную стабильность в сравнении с камерами в кожухе.

Возможность собрать конструктор только из нужных опций позволяет избежать переплат за лишний функционал. Например, IP-камеры Box применяются как в помещении, так и на улице даже при экстремально низких температурах при наличии термокожуха. Причем кожухи поддерживают разные типы питания, могут быть оборудованы для беспроводной передачи данных или передачи данных на очень большие расстояния по оптоволоконным каналам. К тому же и ИК-подсветка для них организуется оптимальным образом. Поэтому Box-камеры по-прежнему пользуются высоким спросом у профессионалов для размещения на ответственных объектах, несмотря на некоторое общее снижение доли Box-камер на рынке видеонаблюдения.

Лаборатория провела тестирование пяти мультимегапиксельных IP-камер. Оборудование подбиралось по следующим критериям:

• стандартный корпус, Box;
• без объектива или с предустановленным объективом;
• разрешение 5–12 Мпкс (4К).

При получении оборудования проявилась тенденция – даже производители, у которых в ассортименте есть камеры сверхвысокого разрешения (например, 10 Мпкс, 4К), предоставили модели 5 Мпкс. Вероятно, на данный момент компании не знают реальных возможностей своих камер в полной мере, либо у моделей сверхвысокого разрешения устранены еще не все "детские болезни". Хотя допустимы и другие варианты.

Лаборатория получила камеры с разрешением 5 и 6 Мпкс.

• Acumen AiP-B54A-05Y2B "Багамы"
• Arecont Vision AV5115DNv1
• BEWARD BD3670M
• Samsung SNB-8000
• VIVOTEK IP8172

Проверялись возможности IP-камер, о которых нельзя узнать из технической документации. Не все данные, приводимые в мануале, отражают потребительские качества и функциональность камеры в реальных условиях.

В тесте оценивались параметры, определяющие потребительские свойства мультимегапиксельных IP-камер:

• разрешающая способность;
• чувствительность при низкой освещенности на движущемся объекте;
• эффективность сжатия видеопотока.

1.Разрешающая способность

Измеряем с помощью статической таблицы для разных уровней освещенности. Разрешение оценивается для центральной части изображения. Измерения при различных уровнях освещенности: 1000, 100, 10, 1 лк.
При расчетах разрешающей способности учитывались геометрические искажения объективов (коэффициенты дисторсии).

2.Чувствительность

Измеряем с помощью динамической таблицы в виде вращающегося круга с набором групп линий. Фиксируем уровни освещенности, при которых детализация изображения составляет 50 и 75% от максимальной (при высоком уровне освещенности).

3.Эффективность сжатия видеопотока

Измеряем с помощью динамической таблицы для различных уровней освещенности: 1000, 100, 10 лк. Уровень детализации (индивидуальный для разных освещенностей) и частота кадров для всех камер настраиваются одинаковыми. Подбирается режим минимального видеопотока настройками изображения и кодирования.

На иллюстрации приводится вид динамической тестовой таблицы (изготавливаются индивидуально для каждой камеры, так как реальное разрешение у них разное) при измерении чувствительности: определяем уровни освещенности, при которых камера демонстрирует 50 и 75% разрешения от своего максимума.

Рисунок 1. Пример изображения вращающейся таблицы в момент замера чувствительнсти одной из камер

Во время тестирования IP-камеры были настроены следующим образом:

• фиксированные одинаковые значения затвора;
• кодек Н.264, при наличии нескольких профилей выбираем наивысший;
• объектив - минимальное фокусное расстояние, максимальная светосила.

Следует учесть важный момент. Несмотря на то, что для чистоты эксперимента необходимо было использовать один и тот же объектив для всех камер в тесте, по инициативе поставщиков фактически тестировался комплект - камера плюс рекомендованный ими объектив. Это нужно учитывать при интерпретации результатов эксперимента.

Предоставлена компанией Acumen

Одна из лучших по показателям разрешения при разных уровнях освещенности. При этом модель AiP-B54A-05Y2B "Багамы" продемонстрировала хорошую эффективность сжатия видеопотока.

Для этой камеры Acumen производитель заявляет детектор лиц, цифровое расширение динамического диапазона, 3D шумоподавление, поддержку до четырех видеопотоков. Рассматриваемая модель также располагает функцией цифрового PTZ, возможностью маскирования приватных зон. Пользователю доступна работа с отдельными зонами интереса на видеоизображении.

В модели AiP-B54A-05Y2B "Багамы" поддерживается работа со звуком (на корпусе камеры предусмотрены аудиоразъемы входа/выхода), карты памяти SD/SDHC, имеется вход/выход для использования внешних тревожных устройств.

Для подключения и интеграции устройства предусмотрены стандарт ONVIF и Acumen HTTP API. Согласно данным от производителя реализована поддержка мобильных устройств на Android и iOS.

Для работы с AiP-B54A-05Y2B "Багамы" можно настроить до 10 учетных записей, причем до 8 пользователей могут работать с ней одновременно. В комплекте с камерой Acumen поставляется бесплатное программное обеспечение AiM HD 2.6.

Предоставлена компанией Arecont Vision

При использовании режима "Ночь" демонстрировала хорошую стабильность разрешения для разной освещенности. При хороших уровнях освещенности формировала картинку с высокой детализацией.

Для наблюдения в сумерки и ночью в камере AV5115DNv1 реализован специализированный режим MoonLight, при работе которого (как указывает производитель) используется расширенная экспозиция и специальный алгоритм подавления шумов. Есть также режим объединения пикселей в группы по четыре (Binning Mode) со снижением разрешения. По заявлению разработчиков, это должно повысить чувствительность и снизить количество шумов на изображении.

Корпус камеры Arecont Vision примерно в 2 раза меньше, чем у других участников тестирования, но работает она только с объективами без АРД. Впрочем, для данной камеры предусмотрена опция, позволяющая работать с АРД – в корпус устанавливается дополнительный модуль. Причем габаритные размеры и остальные характеристики камеры не изменяются.

В AV5115DNv1 предусмотрены функция электронного PTZ, возможность работы с изображением произвольного размера вплоть до 1х1 пкс, режим картинка в картинке. Еще к камере Arecont Vision возможно подключение внешних устройств, имеются функция Privacy Mask и видеодетектор движения, для которого доступны до 1024 зон с индивидуальными настройками.

Предоставлена компанией "НПП "Бевард"

Лучшая в тесте по разрешающей способности. IP-камера BEWARD также в числе лучших по чувствительности. Показала хорошие возможности кодирования видеопотока – в группе лидеров по этому показателю. В ходе тестирования трансляция потока с камеры была стабильной.

Модель BD3670M построена на базе матрицы Sony Exmor R. Для автоматической подстройки фокуса в устройстве реализована функция автоматической подстройки заднего фокуса (ABF) с возможностью удаленного управления фокусировкой, поддерживается работа с объективами с АРД.

В модели имеется режим высокоскоростной съемки 60 кадр/с с разрешением Full-HD, а в режиме 6 Мпкс она может транслировать до 30 кадр/с. Имеется система подавления шумов 3DNR/SPQ. Для камеры заявлено одновременное кодирование до четырех потоков.

Предусмотрены работа со звуком и вход/выход для подключения внешних устройств тревоги, поддержка карт памяти microSDXC до 64 Гбайт. Имеется аналоговый видеовыход BNC для подключения монитора при настройке камеры. Реализована поддержка ONVIF.

Предоставлена компанией Samsung Techwin

Камера Samsung в тесте показала лучшую чувствительность. К тому же, эта модель входит в число лучших по разрешающей способности, стабильности разрешения при различной освещенности и эффективности кодирования видеопотока.

Согласно технической документации SNB-8000 поддерживает работу с объективами P-Iris, имеет функцию для быстрой подстройки фокуса Simple Focus, функцию цифрового PTZ.

Для камеры Samsung производитель заявляет фирменные функции подавления шумов SSNR и расширения динамического диапазона SSDR. Пользователь может настраивать в этой IP-камере до 32 приватных зон. В устройстве Samsung реализованы детектор саботажа, работа со звуком, аудиодетектор, встроенный микрофон, поддержка карт памяти SD/SDHC/SDXC. Предусмотрены вход/выход тревоги, интерфейс для подключения внешних устройств.

Для максимального разрешения 5 Мпкс у данной камеры заявлена скорость трансляции до 20 кадр/с. Формируется изображение с помощью матрицы 6 Мпкс.

Предоставлена компанией Soft-Tronik

Единственная из участников теста поставляется с объективом. Показала довольно высокие результаты по разрешению. В ночном режиме демонстрировала хорошую стабильность по разрешающей способности, но при этом наблюдалось увеличение видеопотока.

В IP-камере VIVOTEK предусмотрена функция подстройки фокуса – Focus Assist. Скорость трансляции 30 кадр/с доступна для разрешения FullHD и ниже. Модель поддерживает форматы сжатия H.264, MPEG-4 и MJPEG.

В числе функций IP8172 имеются видеодетектор движения, поддержка звука со встроенным микрофоном, функция выбора рабочей области кадра для уменьшения видеопотока, работа с картами памяти SD/SDHC/SDXC, 12-кратное цифровое увеличение, цифровой расширенный динамический диапазон, подключение по ONVIF.

В модели IP8172 предусмотрен BNC-выход для использования монтажного монитора при настройке камеры. Питание может осуществляться от источников трех типов – 24В AC, 12В DC и PoE. В комплекте с IP-камерой VIVOTEK IP8172 идут специальное крепление и бесплатное ПО на 32 канала.

Одна из основных сложностей реализации потенциала мультимегапиксельных камер – выбор подходящего объектива. При покупке камеры определенного производителя клиент столкнется с одним из вариантов комплектования объективом:

1. камера изначально комплектуется объективом – пользователь сразу получает оптимальную (теоретически) оптику, но ограничен ее техническими характеристиками. Изначально известна суммарная цена за камеру с объективом;
2. производитель камер предлагает подходящие модели своей марки – с большей вероятностью клиент получит хороший результат. Есть выбор оптики (хотя, как правило, и небольшой);
3. у производителя камер нет подходящих объективов либо они по каким-то причинам недоступны – рекомендуются модели сторонних производителей. Высока вероятность, что пользователю придется подбирать оптику самостоятельно и пробовать, а при основательном подходе – это немалые затраты времени и средств. Хотя в таком случае больше выбор.

Некачественный объектив легко и непринужденно превращает камеру 5 Мпкс в камеру 3 и даже 2 Мпкс, тем более в условиях плохой освещенности. У него также может быть очень сильное падение разрешения на краях. Причем в техническом паспорте могут быть указаны характеристики, аналогичные дорогостоящему качественному объективу. В видеонаблюдении развитие сегмента высококачественной оптики, по всей видимости, отстает от роста разрешения матриц.

Профессионалам известна проблема точной фокусировки мультимегапиксельного изображения. На качество изображения сильно влияет как человеческий фактор при настройке, так и наличие внешних факторов (например, вибрация). В камерах Bullet и Dome такая проблема решается встроенным моторизованным объективом. В камерах Box все более популярной становится удаленная подстройка заднего фокуса (механическое перемещение матрицы), в данном тесте она реализована у моделей BEWARD, Samsung и VIVOTEK. Такая функция действительно облегчает и ускоряет работу при пусконаладке системы и еще позволяет удаленно подстроить фокусировку, если та сбилась. Ее наличие – это приятное для монтажника дополнение в случае камер со стандартным разрешением, превращающееся в жизненную необходимость для мультимегапиксельных камер.

Тестирование показало, что при хорошем освещении участвовавшие в тесте камеры 5 Мпкс показывают очень близкое разрешение. Различия фиксировались при уменьшении освещенности. Но в целом можно сказать, что современные IP-камеры 5–6 Мпкс способны сохранять высокую детализацию даже при низкой освещенности.

Приведены изображения с камер при одинаковой освещенности: даже в 2–3 раза более дешевая 2 Мпкс камера на базе распространенной 1/2.8" КМОП-матрицы IMX222 показывает близкие результаты по чувствительности в сравнении с камерой 5 Мпкс премиум-класса с матрицей 1/1.8" и сильно превосходит камеру 5 Мпкс, созданную на базе матрицы формата 1/2.5". Отметим также, что мультимегапиксельные дорогие матрицы большого размера требуют применения специальных объективов, что еще больше удорожает решение.

Рисунок 2. Демонстрация работы камеры при освещенности 0.1 лк.
1.Камера 2Мпкс с матрицей IMX222 1/2.8" (сверху)
2.Камера Samsung 5 Мпкс с матрицей 1/1.8" (в середине)
3.Камера Acumen 5 Мпкс с матрицей 1/2.5" (снизу)

Диаграмма 1. Освещенность, при которой камера выдает 75% от своего макс. разрешения (динамическая сцена; меньше-лучше)

Диаграмма 2. Освещенность, при которой камера выдает 50% от своего макс. разрешения (динамическая сцена; меньше-лучше)

В мультимегапиксельных IP-камерах в основном используются разные профили Н.264 – High, Main и Baseline. Наиболее эффективный из них – High Profile, который в теории позволяет формировать невысокий видеопоток даже при большой частоте кадров и максимальном разрешении.

При этом он будет не выше, чем сжатие младшими профилями при меньшей частоте кадров. Впрочем, на рынке появляется все больше IP-камер с поддержкой перспективного кодека Н.265. Ожидается, что он позволит существенно снизить потоки от камер высокого разрешения и поспособствует использовать чаще такие камеры, в том числе и с разрешением 4К.

График 1. Разрешение IP-камер в зависимости от освещенности (статичная сцена; относительные значения; больше - лучше)

График 2. Разрешение IP-камер в зависимости от освещенности (статичная сцена; абсолютные значения; больше - лучше)

График 3. Зависимость видеопотока от освещенности (кодек H.264; меньше - лучше)

Тестирование наглядно показало, что более производительные способы компрессии, профиль High Profile (реализованный в камерах BD3670M и SNB-8000), позволяют меньше загружать сеть и рационально задействовать ресурсы системы хранения. Поэтому можно надеяться, что в ближайшем будущем широкое внедрение кодека Н.265 еще сильнее снизит видеопотоки при сохранении качества изображения.

В ходе эксперимента было обнаружено, что в условиях максимальной детализации картинки (высокое освещение, в кадре тестовая таблица с большим количеством мелких деталей) некоторые камеры имели проблемы со стабильностью RTSP-потока, что предположительно может быть связано с перегрузкой системы кодирования или трансляции видеоданных.

Это необходимо учитывать при выборе нового оборудования – рекомендуем включить подобный эксперимент при входном тестировании.

Проведенные тесты показали, что современные мультимегапиксельные камеры достаточно могут неплохо работать и при плохой освещенности. Они способны выдавать щадящий поток при сохранении высокой детализации.

К сожалению, ни в одном техническом описании видеокамеры клиент не найдет информации о падении разрешения при уменьшении освещенности. Остается лишь надеяться, что производители активно работают над решением этих проблем – как на уровне матрицы, так и со стороны эффективности компрессии видеопотоков.

В результате эксперимента мы видим, что по сравнению с распространенными на рынке 2-мегапиксельными камерами мультимегапиксельные камеры имеют схожую (модели премиум-класса) либо меньшую (для недорогих моделей) чувствительность. Причем схожая чувствительность достается довольно высокой ценой – путем применения новейших матриц крупного размера и специального объектива, что повышает стоимость решения в разы.

И наконец – в отрасли видеонаблюдения имеются трудности с выбором объектива даже для камер с разрешением немного выше 5 Мпкс.

На рынке систем безопасности наблюдается увеличение верхней планки мегапиксельности камер. При этом реальное качество изображения и преимущества от применения таких камер прогрессируют гораздо меньшими темпами. Однако уже можно признать, что камера с разрешением 5–6 Мпкс может стать вполне выгодной покупкой, если учитывать все перечисленные нюансы при выборе модели.