Поле зрение и угол обзора в видеонаблюдении

Понятие поля зрения (FoV) и угла обзора (AoV) не так сложны как кажутся. Однако, при анализе изображений, сравнении камер или проектирования видеонаблюдения на объекте нюансы в расчетах углов обзора могут иметь большое значение.

В этом уроке мы рассмотрим:

• Обозначение поля зрения и угла обзора
• Расчет поля зрения
• Ширина поля зрения в зависимости от зоны покрытия
• Измерение/сравнение поля зрения
• Поле зрения и и дистанция до объекта
• Поле зрения требует обозначения расстояния
• Поле зрения и фокусное расстояние объектива
• Поле зрения и размер сенсора
   

Обозначение поля зрения

Для обозначения поля зрения используются два общих термина:

• HFoV (горизонтальное поле зрения): ширина сцены в определенной точке, например ширина 100 метров на расстоянии 50 метров. HFOV часто называют просто FoV.
• AoV (угол обзора): угол зоны покрытия камеры, измеряемый в градусах.

Эти термины часто используются как взаимозаменяемые, но технически относятся к разным вещам.

Есть два других термина, которые иногда используются для описания поля зрения/угла обзора камеры:

• Вертикальное поле зрения (VFoV): измеряется от «низа» до «верха» изображения по вертикали.
• Диагональный угол обзора: угол обзора, измеряемый от угла до угла изображения камеры, обычно не используется.

Эти две характеристики иногда указаны в характеристиках камеры и объектива, но они не взаимозаменяемы с HFoV или AoV.

Примечание переводчика: в России, на территории СНГ и в Азии более устоявшимися понятиями являются углы обзора — в том числе и диагональный. Но в западной литературе и документации гораздо чаще встречается горизонтальное поле зрения в футах на дистанцию. Здесь и далее футы заменены на метры, чтобы сохранить простоту восприятия.

Расчет поля зрения

Первым шагом при подсчете поля зрения является расчет угла обзора камеры в градусах (°). Ключевым фактором здесь является длина объектива. Чем длиннее объектив, тем уже поле обзора/область, которую может видеть камера. Каждый производитель указывает подходящую длину фокуса объектива для желаемого поля зрения.

Подходящие камеры можно выбрать с помощью нашего калькулятора. При указании фокусного расстояния объектива и размера матрицы можно получить углы обзора по горизонтали, вертикали и диагонали, а также приблизительную выкладку того, что вы увидите через такую камеру.

Целевые значения для справки расположены чуть ниже, на вкладке “Таблица углов обзора”, и выглядит следующим образом.

Поле зрения и площадь покрытия

Поле зрения обычно выражается с использованием только горизонтальной составляющей, например, поле зрения составляет 100 метров на расстоянии 50 метров.

Однако изменения в HFOV влияют на общую площадь кадра в 2 раза больше. Например, уменьшите HFOV вдвое, и площадь уменьшится в 4 раза. Аналогичным образом, удвоение HFoV увеличивает площадь на 400%.

Ниже сравнение угла обзора от 120° до 60° на парковке. Обратите внимание, что площадь изменилась в 4 раза. 
 

Измерение/сравнение поля зрения

Самая распространенная проблема с полем зрения, с которой мы сталкиваемся — это сравнение камер с разными углами обзора. Даже если камеры идентичны и смотрят на один и тот же объект, изображение с камеры с более широким полем зрения всегда будет выглядеть «хуже». Например, обе камеры ниже имеют разрешение 1080p, но одна выглядит намного «хуже», чем другая, с более слабой детализацией объекта.

Причина, по которой эти две камеры кажутся такими разными, заключается в том, что они имеют совершенно разные поля зрения. Камера A имеет узкий угол обзора ~52°, тогда как камера B использует более широкий угол обзора ~98°, охватывая гораздо более широкую область.

Примечание переводчика: основная проблема этого абзаца в том, что неверно сравнивать изображения с длиннофокусного и широкоугольного объективов, с кропом широкоугольного до поля зрения длиннофокусного — кропнутое изображение с широкоугольного объектива будет значительно хуже по качеству. Но таким сравнением могут пользоваться недобросовестные поставщики, вводя в заблуждение технически неграмотных клиентов, например при подборе камер для аналитики.

Поле зрения и дистанция объекта

Чем дальше объект от камеры, тем шире сцена в этой точке. Угол обзора постоянный, но ширина угла обзора в метрах увеличивается по мере удаления объекта наблюдения от камеры.

Например, одна и та же камера с одинаковым объективом будет обладать полем зрения 50 метров на 20 метрах, 100 метров на 40 метрах и 250 метров на 100 метрах дистанции. Поэтому измерение в ширине поля зрения на дистанцию не слишком удобен.

Вот снимок сверху, демонстрирующий тот же принцип/сцену.

Ширина поля зрения требует обозначения расстояния

Поскольку поле зрения меняется по мере приближения или удаления объектов от камер, необходимо помнить три ключевых фактора:

• Единой ширины поля зрения не существует. Хотя люди часто подразумевают это, такая формулировка может вызвать недопонимание, поскольку вы должны знать, на каком расстоянии находится цель. Сказать просто: «Ширина поля зрения равна X» — неверно.
• Чтобы определить ширину поля зрения, вы должны знать расстояние до объекта от камеры. Чтобы правильно определить это, скажите: «Ширина поля зрения равна X по оси Y от камеры».
• Убедитесь, что вы можете разглядеть самую дальнюю точку от камеры, на дистанции которой хотите наблюдать сцену. По определению, там будет самое широкое поле зрения и, скорее всего, возникнут проблемы с достаточной детализацией — воспользуйтесь нашим калькулятором чтобы прикинуть, сколько пикселей потребуется для детектирования и распознавания объекта в кадре.
   

Поле зрения и фокусная длина объектива

Короткофокусные объективы не только увеличивает поле зрения, но и ускоряет его увеличение по мере увеличения расстояния до объекта съемки. Давайте сравним два крайних примера: панорамную камеру «фишай» и телеобъектив, чтобы продемонстрировать этот принцип в действии

Для камеры 360/фишай, на каждые 1 метр объекта дальше от камеры, поле зрения увеличивается примерно на 6 метров (поскольку поле зрения представляет собой периметр круга). Всего за 10 метров поле зрения становится более 60 метров в ширину.

Напротив, для телеобъектива, если на каждый метр объект находится дальше от камеры, поле зрения может увеличиваться только на половину или четверть. Из-за этого объект, находящийся на расстоянии 10 метров позади другого, будет в почти том же самом поле зрения, поэтому различить их будет сложно. Это полная противоположность камере «фишай»/360.

• Будьте очень осторожны с объективами типа «фишай» или сверхширокоугольными объективами, так как поле зрения будет широким, но детализация картинки, особенно при кропе/увеличении будет очень сильно страдать.
• В то время как супертелеобъективы обеспечивают медленное расширение поля зрения по отношению к расстоянию до объекта, а малая глубина резкости (ГРИП) становится большим риском. Объективы такого типа дают большую детализацию, но весьма чувствительны к плоскости фокусировки — объект, появившийся слишком близко или слишком далеко от нее окажется не в фокусе.
   

Поле зрения и размер сенсора

Размер сенсора также влияет на поле зрения. Однако на практике для наблюдения это обычно не является основным фактором, поскольку различия в размерах изображений обычно невелики.

Стоит помнить, что чем больше физический размер сенсора, тем больше угол обзора и площадь кадра при том же объективе. В нашем калькуляторе можете оценить влияние размера сенсора на углы обзора. 

Перевод статьи IPVM, оригинал по ссылке