Одна из последних тенденций рынка CCTV – 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.
Критериями включения оборудования в тест были следующие:
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:
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.
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
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:
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.
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.
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.
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.
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.
При этом всегда остается возможность при необходимости получать с камеры исходное круглое изображение. В настоящем тестировании такой подход реализован у камер ACTi, BEWARD.
У панорамных камер области наибольшего интереса располагаются ближе к краям кадра.
Упанорамных камер области наибольшего интереса располагаются ближе к краям кадра. Поэтому требования к объективам Fisheye-камер предъявляются самые высокие
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.