Одна из последних тенденций рынка CCTVActi_side – это внедрение формата 4К c разрешением 12 Мпкс. Его основное назначение видят в наблюдении с высокой детализацией за большими территориями с помощью всего одной камеры. Естественно, что разрешение 12 Мпкс производители решили использовать для Fisheye-камер ("фишай", с объективом Fisheye, панорамный обзор 180/360 град.).
Бесспорно, сверхвысокое разрешение хорошо согласуется с концепцией применения устройств этого класса. И теоретически позволяет одной Fisheye-камерой охватывать очень большую площадь с превосходной детализацией картинки. Даже если нужно смотреть в разных направлениях.
Для видео высокого разрешения требуется в первую очередь очень качественная оптика, способная обеспечить высокую детализацию по всему кадру. Но в отличие от камер стандартного исполнения, в кадре которых зона наибольшего интереса лежит в центральной части изображения, для Fisheye-камер ситуация иная: зона интереса расположена в сложной для оптики зоне – по периферии изображения, так как очень часто камера ставится на потолок помещения. Соответственно, если на краях изображения разрешение будет низким, совместно с геометрическими искажениями Fisheye-объектива, то очевидно, что после преобразований клиент получит прямоугольное изображение низкой детализации.
В большинстве случаев в качестве разрешения Fisheye-камер указывается разрешение используемой в ней матрицы. Хотя по сути круглое изображение формируется на этой площади, используя лишь ее часть. То есть разрешением камеры в пикселях нужно считать именно площадь этого круглого изображения (что заметно меньше номинального значения пикселей для матрицы).
Редко встречаются производители, которые пишут для своих Fisheye-камер разрешение меньше, чем разрешение используемой в них матрицы. Но даже тогда они указывают не количество пикселей круглого изображения, а их количество для квадратного изображения, в котором расположен круг.
Стоит упомянуть и о производителях Fisheye-камер, использующих овальную проекцию на матрицу. Такой подход требует нестандартных технологий производства оптики, что существенно повышает стоимость камеры. С другой стороны, чаще встречается более доступный вариант, когда круглое изображение немного выходит за границу кадра по высоте, тем самым увеличивая эффективную площадь.
И возникает вопрос – действительно ли 12 Мпкс для Fisheye-камер оправданы с потребительской позиции? Или же это в большей степени дань текущей моде на рынке CCTV? Какие преимущества они дают в сравнении с "ветеранами", Fisheye-камерами 5–6 Мпкс? На бумаге заявляется разрешение выше в 2–2,5 раза, а что на деле?
Чтобы ответить на актуальные для пользователя вопросы по Fisheye-камерам, лаборатория провела ряд соответствующих тестов, а также оценила функциональные возможности этих устройств.
Какие камеры тестируем
Критериями включения оборудования в тест были следующие:
- объектив – Fisheye;
- обзор – 180/360 град.;
- разрешение – 12 Мпкс.
На российском рынке немало предложений Fisheye-камер с разрешением 12 Мпкс. Однако в действительности оказалось, что зачастую это оборудование присутствует у компаний только "на бумаге". В розницу заполучить Fisheye-камеры сверхвысокого разрешения сложно. Впрочем, скорее всего, при заказе этого оборудования под проекты такой проблемы не возникнет.
Лаборатория получила для тестирования модели:
- ACTi B511
- BEWARD BD3990FL2
- Dahua DH-IPC-EBW81200
Ряд общих параметров для них: кодек H.264 High Profile, ИК-подсветка, внешние вход/выход аудио, вход/выход для подключения тревожных устройств, поддержка карт памяти, питание от источника 12 В (DC) и по PoE, поддержка ONVIF.
Что тестируем
В технических описаниях к камерам Fisheye, как правило, не указывается, какую детализацию они способны обеспечить при круговом обзоре. В данном тестировании проводилась проверка 12 Мпкс Fisheye-камер по этому важному параметру – оценивалась связка "оптика + матрица". Проводились также отдельные тесты для их оптики. Определялись:
- распределение детализации в кадре;
- реальный обзор;
- уровень искажения изображений объектов в разных областях изображения;
- степень использования матрицы.
Как тестируем
Распределение детализации в кадре
Измерения проводились в режиме кругового обзора – на статическом изображении при освещенности 1000 лк. Применялась специальная тестовая таблица с набором пространственных частот. Учитывалась дисторсия объективов.
Реальный обзор
Определялся по фактическому полю зрения камер в панорамном (Fisheye) режиме.
Искажения геометрии объектов
Определялись по изменениям размеров изображения объекта при его смещении по радиальной оси от центра к краям (в соответствии с отклонениями объекта от оптической оси объектива – центра).
Степень использования матрицы
Определялась по соотношению общего количества пикселей на матрице и количества используемых пикселей при формировании изображения Fisheye.
Настройки
При измерениях камеры были настроены следующим образом:
- "круглое" изображение с обзором 360 град.;
- максимальное разрешение;
- кодек Н.264 (наивысший профиль из доступных в камере);
- максимальное качество видео.
АСTi В511
Предоставлена компанией "Айпера" (iPera)
Продемонстрировала максимальный в этом тесте угол обзора. Камера B511 показала хорошие результаты по равномерности разрешения практически по всему изображению. От центра к краям изображения у камеры ACTi разрешение снижалось. На большей части кадра снижение разрешения было незначительным. При смещении объекта от центра к краям наблюдалось растяжение его изображения по радиальной оси. Хотя ближе к самому краю была обратная тенденция – сжатие изображения. При этом искажения были не сильными.
Fisheye-камера ACTi B511 – единственная в тесте c заявленным WDR до 130 дБ (Extreme WDR). В документации также указаны функция "антитуман", поддержка NAS, адаптивная ИК-подсветка. Производитель заявляет расширенную видеоаналитику: помимо детекции движения – анализ изменений в кадре, интеллектуальное обнаружение объектов, обнаружение лиц.
Среди участников тестирования камера ACTi также выделяется заявленной поддержкой функции OZT для реализации интеллектуального трекинга движущихся объектов совместно с PTZ-камерами. Модель ACTi B511 предназначена для помещений.
BEWARD BD3990FL2
Предоставлена компанией "НПП "Бевард"
Лучшая по разрешению на большей части изображения. У камеры BEWARD наблюдается плавное снижение разрешения к краям изображения, при этом снижение незначительное.
Высота изображения объекта у BD3990FL2 при его смещении от центра к краям уменьшалась незначительно по радиальной оси. Для BD3990FL2 производитель указывает сенсор Sony Exmor R. Заявлены детектор звука, функция "антисаботаж", расширенный динамический диапазон, функции видеоанализа.
Модель BEWARD BD3990FL2 – самая компактная в данном тесте, предназначена для помещений. Имеется ее уличная модификация с уровнем защиты от пыли и влаги IP66.
Dahua DH-IPC-EBW81200
Предоставлена компанией "Айпера" (iPera)
Модель Dahua лидирует в тесте по стабильности разрешающей способности в поле зрения. Камера DH-IPC-EBW81200 также в числе лучших по разрешению в периферической зоне изображения.
У этого устройства при смещении наблюдаемого объекта от центра к краям изображение сжималось по радиальной оси.
Производитель заявляет для DH-IPC-EBW81200 цифровой расширенный динамический диапазон, маскирование приватных зон (до 4 зон), поддержку спецификаций PSIA и CGI.
Камера Dahua снабжена встроенным микрофоном. Указывается поддержка мобильных устройств на iOS, Android и Windows Phone. Модель DH-IPC-EBW81200 – для применения в уличных условиях. Заявлены антивандальный корпус, уровни защиты IK10 и IP67, диапазон рабочих температур находится в диапазоне от -30 до 60 °С.
Преобразование панорамного изображения
У протестированных Fisheye-камер используются разные подходы к преобразованию изображения из исходного "круглого" в прямоугольное.
1. С помощью программного обеспечения клиента
От камеры передается изображение в исходном, круглом виде. Создание привычных прямоугольных форматов происходит с помощью специализированного ПО на стороне клиента по необходимости. В данном тестировании такой подход реализован у камеры Dahua.
2. С помощью аппаратных ресурсов камеры Так называемая функция Hardware Dewarping. Камера может передавать видеопоток уже в преобразованном виде. Для этого устройство с помощью своего процессора обрабатывает видеопоток и выдает уже скорректированный вариант изображения в соответствии с настройками. Такая возможность приближает ее к варианту использования нескольких стандартных камер.
Таблица 1 Характеристики Fisheye-камер
|
IP-камера |
Сенсор |
Частота кадров при максимальном разрешении |
Объектив |
Аппаратное преобразование изображений камерой (Hardware Dewarping) |
Ограничение видеопотока H.264 |
Работа со звуком |
Габаритные размеры | Розничная цена |
| ACTi B511 |
1/1.7" 12 Мпкс |
18 кадр/с | 11.3 мм, F2.6 | Да | 12 Мбит/с | 1 вход и 1 выход аудио. | Ø149 мм x 43 мм | 81200 руб |
| BEWARD BD3990FL2 | 1/1.7", 12 Мпкс | 20 кадр/с | 2.1 мм, F2.0 | Да | 20 Мбит/с | Микрофон и динамик, 1 вход и 1 выход аудио. | Ø117 мм x 43 мм | 55000 руб. |
| Dahua DH-IPC-EBW81200 | >1/2.3”, 12 Мпкс | 15 кадр/с | 1.57 мм, F2.2 | Нет | 12 Мбит/с | Микрофон, 1 вход и 1 выход аудио. | Ø150 мм x 51 мм | 66200 руб. |
Данный вариант более удобен для пользователя и позволяет снижать нагрузку на ресурсы системы. В таком случае всегда есть возможность изначально выбрать зоны интереса и не передавать весь поток круглого изображения.
Таблица 2 Характеристики Fisheye-камер
| IP-камера | Размер изображения матрицы | Размеры используемой области в режиме круглого изображения | Количество пикселей в используемой области | Эффективность использования площади матрицы в режиме изображения Fisheye | |
| Ширина | Высота | ||||
| ACTi B511 | 4000х3000 пкс | 2700 пкс | 2700 пкс | 5,72 Мпкс | 48% |
| BEWARD BD3990FL2 | 4000х3000 пкс | 3175 пкс | 3000 пкс | 7,79 Мпкс | 65% |
| Dahua DH-IPC-EBW81200 | 4000х3000 пкс | 2675 пкс | 2675 пкс |
5,62 Мпкс |
47% |
При этом всегда остается возможность при необходимости получать с камеры исходное круглое изображение. В настоящем тестировании такой подход реализован у камер ACTi, BEWARD.
Сверхвысокое разрешение для Fisheye-камер
У панорамных камер области наибольшего интереса располагаются ближе к краям кадра.
Поэтому требования к объективам Fisheye-камер предъявляются самые высокие – нужна очень хорошая детализация не только в центре, но и на периферии. И тем более это актуально, когда они работают совместно с матрицами 12 Мпкс. Тестирование показало, что разработчики могут вполне успешно решать эту задачу. Снижение разрешения к краям изображения не критичное. Это очень важно для работы с отдельными изображениями, которые имеют разнонаправленный ракурс.
Рис.1 Распределение разрешения по полю изображения
(абсолютные значения; больше - лучше)
Высокая детализация изображения по всему кадру с панорамным обзором также увеличивает шансы в подробностях восстановить развитие происшествия. Это при условии, если с Fisheye-камеры записывалось исходное круглое изображение.
Панорамный круговой обзор
Практическая проверка показала, что реальный угол обзора в панорамном режиме может даже несколько превышать заявленные значения обзора в 180, 185 или даже 194 град. На практике это означает, что установленная на потолке камера будет захватывать часть потолка.
Рис.2 Распределение разрешения по полю изображения
(относительные значения; больше - лучше)
Плюс чрезмерного (более 180 град.) угла обзора – возможность получать больше информации. Минус (например, при креплении камеры на потолке) – камера может передавать неактуальные данные, для работы с которыми также требуются ресурсы сети и системы хранения.
Искажения изображений объектов
Проведенные измерения показали, что на исходном "круглом" кадре изображения объектов могут искажаться, изменяются их пропорции. Иногда очень заметно.
При перемещении объекта по радиальной оси от центра к краю (при условии, что расстояние от камеры до объекта не изменяется) у камер могут наблюдаться искажения пропорций объекта.
И чем меньше будут искажены объекты на исходном, "круглом", изображении, тем лучше должна быть картинка на при работе с вырезанными прямоугольными изображениями.
Где нужны Fisheye-камеры сверхвысокого разрешения?
Существенное преимущество Fisheye-камер заключается в том, что одна такая камера позволяет заменить собой комплекс из стационарных обзорных камер с типовым разрешением совместно с PTZ-камерами высокого разрешения (весь комплекс под управлением специализированного ПО). А подобный комбинированный комплекс – сложный и дорогостоящий проект. К тому же, Fisheye-камера позволяет получать целостное изображение без разрывов.
Рис.3 Реальное разрешение при работе в режиме Fisheye
Несмотря на то, что встречаются случаи применения Fisheye-камер в настенном варианте, все же оптимальной видится их установка на потолке – когда одно устройство производит полный обзор помещения. Причем необязательно работать со всей зоной обзора, можно выбрать оптимальный режим отображения только актуальных на текущем этапе участков. Функционал и возможности Fisheye-камер могут быть особенно полезны на таких объектах, как склады, торговые центры, открытые парковки, спортивные объекты, аэропорты, перекрестки автомобильных дорог и др.
Таблица 3 Характеристики Fisheye-камер
| IP-камера | Обзор заявленный | Обзор измеренный | Расхождение |
| ACTi B511 | 194ᴼ | 210ᴼ | +8% |
| BEWARD BD3990FL2 | 180ᴼ | 198ᴼ | +10% |
| Dahua DH-IPC-EBW81200 | 185ᴼ | 181ᴼ | -2 % |
Помимо охранных задач и общих задач наблюдения, Fisheye-камеры 12 Мпкс могут еще применяться, например, для сбора данных для задач маркетинга, когда видео в магазине используется для отслеживания перемещений посетителей, получения статистики (тепловые карты) и др.
Общий итог
Ранее лаборатория проводила тестирование Fisheye-камер с разрешением 5–6 Мпкс. При сравнении их с камерами 12 Мпкс рядовому пользователю может показаться, что 2-кратное увеличение количества пикселей на матрице означает в 2 раза лучшую детализацию картинки. Но это недостижимо даже теоретически, поскольку изображение не увеличилось в 2 раза ни по ширине, ни по высоте.
Рис.4 Эффективность использования матрицы 12 Мпкс
в режиме Fisheye изображения
Обратимся к полученным данным в обоих тестированиях. В них измеренная максимальная детализация камер 5–6 Мпкс была в диапазоне 1450–1750 линий. А для камер 12 Мпкс максимальная детализация лежит в диапазоне 2050–2800 линий. Из этих данных видно, что с применением матриц 12 Мпкс произошел значительный прирост детализации, близкий к теоретически достижимому уровню.
Рис.5 Изменение размера изображения объекта по радиальной оси
(объект равноудален от камеры)
Неожиданно хороший результат, и надо отдать должное производителям объективов, которые отлично справились с непростой задачей передачи панорамного изображения высокой детализации. Стоит отдать должное и разработчикам, оптимизировавшим данное решение в своих моделях таким образом, что стоимость готового решения не взлетела до "космического" уровня.
Рис.6 Пример реального изображения с камер в режиме Fisheye .
Камеры установлены на потолке
Можно ожидать, что с увеличением разрешения у Fisheye-камер популярность этих устройств только вырастет. И у пользователей появится гораздо больше возможностей реализовать весь потенциал камер с панорамным обзором.
