При проектировании важно учитывать особенности применяемого оборудования, которые в прямом порядке определяют эффективность и качество видеосъёмки. Кроме расположения и технических характеристик камер наблюдения, одним из важнейших составляющих является определение угла обзора, поскольку от этого параметра зависит захват камеры по ширине и высоте, а так же дальность видимости. Для каждой камеры выбор угла обзора должен быть индивидуальным параметром, так как все они расположены в различных местах со своими особенностями. Например, для камеры, установленной в узком коридоре, приоритетным параметром будет узкий захват с дальним направлением, а видеокамеры, что расположены в большом помещении или на открытой площади, должны захватывать более широкую часть пространства.

Существуют типы телекамер, которые оснащаются варифокальными объективами, т.е. объективами, которые позволяют изменять угол обзора изменением фокусного расстояния, тем самым на месте размещения регулировать оптимальный захват и направление. Видеокамеры с трансфокаторами позволяют управлять варифокальным объективом с пульта управления, где сразу же можно отслеживать изменения на экране.

При определении угла обзора видеокамеры, следует учитывать основные функции оптических элементов:

• Уменьшение фокусного расстояние (F) ведёт к увеличению угла обзора.
• Увеличение фокусного расстояния, уменьшает обзорности.
• Чем меньше диагональ размера ПЗС матрицы, тем меньше угол обзора (при одинаковых линзах).

В некоторых случаях, телекамеры видеонаблюдения могут быть оснащены объективами, что обладают углом обзора 120 градусов и более в горизонтальной плоскости (например, дверные видеоглазки, камеры автомобильных видеорегистраторов, камеры «рыбий глаз» и прочие). Изображение, получаемое такими камерами, поддаётся оптическому искажению и выглядит как выпуклая, смазанная по сторонам картинка, на которой весьма сложно рассмотреть мелкие детали и лица людей. Как правило, такие камеры используются для общей оценки событий на объектах.

Объективы видеокамер используют только дискретные значения фокусных расстояний с определённым шагом, который приравнивается к 10-15 градусам по горизонтальной шкале. Как показывает практика, такого шага достаточно, чтобы подобрать оптимальное соотношение для желаемого угла обзора. В случаях, если специфические условия охраняемого объекта, требуют весьма точного определения обзорности, то лучше воспользоваться вариобъективами с ручной настройкой фокусного расстояния или трансфокаторным механизмом, что позволят подобрать оптимальный параметр. Но, стоит учитывать, что цена таких объективов значительно выше и оптическая сила уступает правильно подобранным фиксированным линзам с постоянным фокусным расстоянием.

Ниже представлены значения обзорности для различных матриц, а так же ориентировочные показатели расстояния видимости и распознавания объектов:

Значения для видеокамер с матрицами 1/4 дюйма

Матрица 1/3 дюйма

Матрица 1/2 дюйма

Данные значения являются ориентировочными с учётом расположения видеокамеры на высоте 2,5 метра. Вычисление точных значений производятся по формуле:

F = C × D ÷ W

F — это фокусное расстояние объектива, мм.

C — ширина ПЗС-матрицы, мм.

D — расстояние от видеокамеры до объекта, м.

W — ширина наблюдаемого объекта, м.

При определении обзорности необходимо так же учитывать особенность обратной развертки мониторов, при которой изображение на экране отображается не полностью, а с вычетом 10% суммарно с четырёх границ.

Стандартный угол зрения телекамер считается 30 градусов, независимо от формата кадра. Стандартом данное значение стало потому, что это является соответствием оптимальному зрительному восприятию перспективы человеческим глазом.

Руководитель группы технической поддержки Бенедикт Максименко.

У любой камеры есть три параметра, которые тесно связаны между собой.

• размер матрицы (измеряется в дюймах, например: 1/2", 1/3", 1/4");
• фокусное расстояние (ФР) объектива (обозначается буквой f, указывается в мм);
• угол обзора (измеряется в градусах).

При широком угле обзора ФР будет маленьким.

Выбор угла обзора определяется задачами, которые ставят перед камерой. Если необходимо вести наблюдение за территорией большой площади, не выделяя конкретный объект, подойдет устройство с объективом 2,8-3,6 мм. Оптимальным считается угол в диапазоне от 70 до 140°.

Угол в 60° близок к углу обзора глаза человека. Такое значение считается средним. Устройства могут передать детализированную картинку при расположении объекта на расстоянии до 10 м.

Длиннофокусный объектив с обзором до 30° подходит для наблюдения за объектами, которые отдалены от пункта контроля на 20–70 м.

Зная размер матрицы, вычисляют ФР объектива по таким формулам:

f= h×S/Н или f= v×S/V

где h – размер матрицы по горизонтали.

• S – расстояние до объекта видеонаблюдения;
• H – величина объекта в горизонтальной плоскости;
• v – матрица по вертикали;
• V – величина объекта в вертикальной плоскости.

Чтобы было понятнее, приведем пример, как выбрать фокусное расстояние камеры видеонаблюдения.

Есть здание с длиной фасада в 15 метров; удаленность объекта от точки наблюдения – 25 метров. Чтобы найти оптимальное расстояние камеры, подставляем в формулу, приведенную выше, известные значения, выбрав видеокамеру с матрицей 1/3″.

f= 4,8×25/15=7,99 мм.

Округляем в большую сторону (чтобы не потерять часть изображения) и получаем, что нам необходима камера на 8 мм.

Также можно воспользоваться готовыми таблицами расчета или бесплатными онлайн-калькуляторами.

Что еще нужно учесть

Все описанное выше, относится к камерам с фиксированным ФР. Иногда сложно определиться с размером участка, над которым нужно установить контроль. Бывает и иная ситуация: площадь зоны наблюдения меняется, то увеличиваясь, то сокращаясь. Тут мы рекомендуем устройство с вариофокальным объективом. В нем можно самостоятельно настраивать обзор. В отдельную категорию выделяют устройства, в которых можно менять ФР и ракурс наблюдения (варьируется в до 360° в горизонтальной плоскости и до 180° в вертикальной).

Диапазон ФР, как правило, варьируется от 2,8 до 50 мм. В некоторых моделях он бывает выше. При использовании вариофокальной оптики качество изображения не ухудшается в случае приближения/отдаления. Это возможно благодаря оптическому увеличению объектива.

Если угол необходимо менять, лучше выбрать камеру с моторизированным объективом, такие обычно применяются в поворотных камерах, также это избавит от необходимости физического переноса камеры.

Остались вопросы? Обращайтесь к сотрудникам Ivideon. Мы подскажем, как выбрать фокусное расстояние камеры видеонаблюдения, определить зону, которая будет попадать в поле зрения оборудования или наоборот – подберем устройство для участка заданной площади.

Важнейшим параметром камеры видеонаблюдения (даже более важным чем разрешение и чувствительность) является угол обзора или фокусное расстояние объектива. Именно от этого параметра зависит сможете ли вы различить или опознать человека на определенном расстоянии. И очень важно найти правильный компромисс между широким углом обзора видеокамеры и необходимой детализацией изображения.

Новички часто допускают ошибку, считая, что если поставить камеру с высоким разрешением, то и при широком угле обзора, можно будет на достаточном расстоянии распознать человека. Однако, это не так. Вот один полезный совет для правильного подбора фокусного расстояния:

1. Знакомого человека, в поле зрения видеокамеры можно узнать на расстоянии не больше фокусного расстояния объектива видеокамеры в метрах. Например, видеокамера с f=9 мм. позволит узнать человека на расстоянии до 9 м.

2. Незнакомого человека, в поле зрения видеокамеры можно 100% идентифицировать на расстоянии не больше половины фокусного расстояния объектива видеокамеры в метрах. Например, видеокамера с f=9 мм. позволит идентифицировать человека на расстоянии до 4,5 м.

Пример изображения с видеокамеры с разным фокусным расстоянием (углом обзора)

В нижеследующих таблицах указаны горизонтальные и вертикальные углы обзора видеокамер в зависимости от размера матриц и фокусного расстояния объектива.

Многие упускают из виду, что размер матрицы играет не меньшую роль в формировании угла обзора камеры чем объектив. Интересно подметить, что на видеокамере с дешевой матрицей 1/4 и объектиом 2,8 угол обзора будет меньше , чем на стандартной матрице 1/3 и стандартном объективе 3,6 - 59° против 67° по горизонтали!

Все чаще и чаще наши кленты спрашивают камеры видеонаблюдения с углом обзора в 120 градусов и более. Большинство несведующих в этой теме людей уверены, что это типичное значение для стандартных видеокамер. Да что греха таить, многие из продавцов также заявляют, что у камер с объективом 2,8 мм угол обзора 120° по горизонтали. Давайте посмотрим на реальные значения. Мы уже измеряли , и развенчали миф о том, что у большинства из них угол обзора 120 и более градусов.

Подбирая оборудование для охранной системы наблюдения конечно важно учитывать угол обзора камер видеонаблюдения, от которого зависит размер наблюдаемой зоны. На его значение влияет 2 параметра - фокусное расстояние объектива и диагональ матрицы, с увеличением которой угол обзора будет расширяться. Но с повышением угла поля зрения падает детализация изображения. Для увеличения детализации необходимо большее разрешение или камера с более узким углом обзора.

Для наглядного сравнения углов поля зрения на камерах с разными объективами был проведен эксперимент, который описывается далее в статье.

Мы использовали 3 IP камеры с разными объективами:

• 3,6мм -
• 2.8мм -
• 1,9мм -

Испытываемые видеокамеры отличаются фокусным расстоянием объектива. У камер с объективами 3,6 и 1.9мм одинаковый размер матрицы 1/2.9 дюйма, у камеры с объективом 2,8 матрица чуть больше - 1/2.7". И разрешение у всех камер 2 Мп.

Все видеокамеры разместили на высоте около 2 метров напротив "испытательной" стены в нашем офисе. Обзор камер выровняли по центру, чтобы лучше оценить разницу в ширине угла поля зрения. Было сделано по одному снимку для каждой из трех следующих камер:

Угол обзора видеокамеры с объективом 3,6мм:

C фокусным расстоянием 3.6 мм. Видны 2 крайних кресла менеджеров и часть правой стены. Угол поля зрения приблизительно равен 73°.

Угол обзора видеокамеры с объективом 2.8мм:

С фокусным расстоянием 2.8 мм. Теперь в кадре видно приблизительно на 2 м больше -часть правой витрины и окно слева. С этой видеокамерой угол обзора увеличился до 89°.

Угол обзора видеокамеры с объективом 1.9мм:

С фокусным расстоянием 1.9 мм. По скриншоту видно, что у этой камеры в кадр уже попадают обе витрины и даже часть дверного проема торгового зала. Угол обзора у нее достигает 109°.

Более наглядно это можно представить таким образом:

У видеокамер с небольшим углом поля зрения выше плотность пикселей, а значит лучше детализация изображения. Многим будет достаточно такой ширина обзора, поэтому такие камеры остаются популярными в видеонаблюдении. В случае необходимости захватить больший участок для наблюдения, потребуется камера с более широким углом обзора.

Расчёт углов обзора камер видеонаблюдения для всех 3-х случаев

a = 2arctg (d/2f) ,

a - угол обзора видеокамеры, в метрических градусах;
arctg - тригонометрическая функция (арктангенс);
d - ширина матрицы в миллиметрах;
f - эффективное фокусное расстояние объектива в миллиметрах;

Для 3,6мм, PN-IP2-B3.6 v. 2.6.3

а1=2*arctg(5,376мм/2*3,6) = 73 градуса

Для 2,8мм, ST-181 HOME 2,8

a2=2*arctg(5,47мм/2*2.8) = 89 градусов

Для 1,9мм, PNL-IP2-B1.9MPA v.5.5.2

а3=2*arctg(5.376мм/2*1,9) = 109 градусов

В табличной форме это будет выглядить так:

Одним из важных параметров, которые необходимо брать во внимание перед покупкой камеры видеонаблюдения, является угол обзора объектива. От этой величины напрямую зависит то, какая площадь наблюдаемого участка попадет в поле зрения камеры. Например, для получения общего обзора участка или тесного помещения необходимо выбирать камеры с широким углом обзора, а при необходимости сосредоточения на каком-либо определенном объекте – с узким.

От каких параметров зависит угол обзора?

Угол обзора объектива зависит от двух определяющих его параметров:

1. Фокусное расстояние, которое имеет объектив;
2. Размер чувствительного элемента (матрицы).

Следует запомнить, что чем большим ФР обладает объектив, тем меньшим будет угол его обзора, поэтому длиннофокусные объективы обладают возможностью наблюдения за относительно удаленными от камеры объектами, а широкоугольные позволяют охватить большую площадь территории или помещения.

Зависимость угла обзора камеры видеонаблюдения от физического размера матрицы также имеет место быть. Так, чем больше размер матрицы, тем большим будет угол обзора, например:

• Матрица, диагональ которой составляет ¼ будет иметь угол обзора 64° при фокусном расстоянии 2,8;
• При этом матрица с диагональю ½ будет иметь угол обзора 96°.

Данные расчеты справедливы для обозначения горизонтального угла обзора, для поиска вертикального угла необходимо брать в расчет соотношение вертикальных и горизонтальных сторон матрицы.

Определяем необходимое фокусное расстояние

Практически во всех случаях возникает необходимость выбора оптимального угла обзора камеры, который может быть определен благодаря расчету ФР объектива. По сути, угол обзора является зависимой величиной от фокусного расстояния. Оно может разниться для каждого конкретного случая, и напрямую зависит от:

• Расстояния до объекта наблюдения;
• Размера матрицы;
• Размера наблюдаемого объекта.

Так, например, угол обзора в 100° хорошо подойдет для небольших тесных помещений, но будет непригоден для наблюдения за удаленными на несколько десятков метров объектами – при просмотре на записи просто невозможно будет различить детали объекта. При увеличении фокусного расстояния сужается угол обзора и появляется возможность наблюдения за относительно отдаленными объектами.

Зная несколько и некоторые данные об объекте наблюдения несложно определить необходимое в каждом конкретном случае ФР объектива.

Оптимальное ФР объектива рассчитывают по формуле:

F= h*S/Н или F= v*S/V , где

h – размер горизонтальной стороны матрицы;

S – расстояние до объекта слежения;

H – размер объекта наблюдения по горизонтали;

v – размер вертикальной стороны матрицы;

V – размер объекта наблюдения по вертикали.

Размер вертикальной и горизонтальной сторон сенсора камеры вы можете узнать из данной таблицы:

Для примера рассчитаем простую задачу. Дано: необходимо наблюдать за фасадной стороной небольшого гаража, шириной 4 метра, расстояние до объекта – 10 метров. Размер матрицы – ½ дюйма. Рассчитать подходящее ФР объектива камеры. Для решения воспользуемся формулой, и подставим все необходимые значения:

F=6,4*10/4=16

Рассчитав формулу мы получили, что ФР объектива должно равняться 16, но есть еще один нюанс. Очень важно, чтобы угол обзора камеры был больше рассчитанного, иначе кроме объекта наблюдения больше ничего не будет видно. Поэтому в данном случае оптимальным фокусным расстоянием объектива камеры будет 8-10 мм. Угол обзора при таких значениях будет равен около 35°, и вполне подойдет для видеонаблюдения за гаражом на расстоянии 10 метров. Ниже приведена подробная таблица с углами обзора камер с различными параметрами фокусного расстояния и размерами матрицы.

При необходимости время от времени менять угол обзора, или в любых сложных ситуациях, когда определиться с фокусным расстоянием до покупки камеры бывает проблематично, стоит приобретать камеры с вариофокальным объективом, которые позволяют регулировать угол обзора вручную. Диапазон ФР таких камер обычно лежит в пределах 2,8-12 мм. При использовании вариофокальных объективов вы можете приближать или отдалять картинку без потерь качества благодаря оптическому увеличению объектива.

Какой угол обзора выбрать?

Ответ на этот вопрос зависит от конкретной задачи, ведь каждая ситуация индивидуальна. Например, для видеонаблюдения за большой территорией без необходимости выделения конкретного объекта используют камеры с широкоугольным объективом 2,8-3,6 мм и углом обзора 70-140°.

Угол обзора 60° подобен углу обзора человеческого глаза, и является средним значением. Камеры с таким углом способны передавать детальное изображение с дальностью до объекта наблюдения до 10 м.

Камеры с длиннофокусным объективом и узким углом обзора (10-30°) применяются для наблюдения за отдаленными объектами, расстояние до которых может варьироваться от 20 до 70 метров, и зависит от ФР объектива.

Есть одна интересная особенность, которая позволяет определить расстояние уверенного распознавания объекта, и может служить своеобразной шпаргалкой при выборе камеры. Она заключается в примерном равенстве фокусного расстояния, выраженного в миллиметрах с дистанцией уверенного распознавания в метрах. Например, камера с матрицей 1/3 дюйма и объективом с фокусным расстоянием 12 мм сможет распознать человеческую фигуру на расстоянии 12 метров. На этом расстоянии размер наблюдаемой зоны будет равняться 3 метра в высоту, и 4 в ширину, что позволит достаточно уверенно провести идентификацию человека.

2 комментариев

Исправьте ошибки в статье о выборе объектива. «Рассчитав формулу мы получили, что ФР объектива должно равняться 16, но есть еще один нюанс. Очень важно, чтобы угол обзора камеры был больше рассчитанного, иначе кроме объекта наблюдения больше ничего не будет видно. Поэтому в данном случае оптимальным фокусным расстоянием объектива камеры будет 20-28 мм.»
При ФР 20-28 мм угол обзора будет УЖЕ, чем для выбранного Вами ФР 16мм.