Мегапиксельные камеры в охранном телевидении: плюсы и минусы


У мегапиксельных видеокамер есть только одно достоинство – большое количество пикселей. При прочих равных условиях (чего, конечно, не бывает) это хорошо. Все остальное – недостатки. Рассмотрим подробнее.
Первый очевидный недостаток – цена. Обратите внимание, речь не только о цене самой видеокамеры, для реализации ее возможностей объектив также понадобится очень недешевый, а также и вся инфраструктура (сеть, накопители, мониторы), которая сможет переварить гигабайты данных, производимых мегапиксельной видеокамерой.


Обычная видеокамера имеет примерно пол-мегапиксела. Видеокамера на 2 мегапиксела на первый взгляд должна заменить четыре обычные (у нее в четыре раза больше пикселей), и этот факт нередко обыгрывают менеджеры, рекламирующие мегапиксельное оборудование. Однако в большинстве случаев в поле зрения камеры важна только узкая полоса, поэтому играет роль не общее количество пикселей, а их количество по ширине или высоте, так что одна двухмегапиксельная камера заменит лишь две обычные пол-мегапиксельные.
Это легко понять на примерах. Если ваш объект стоит посреди поля и вам надо рассматривать все подступы, то вам понадобится либо 8 (обычных) камер с углом зрения 45 градусов, либо (для обеспечения такого же углового разрешения) 4 двухмегапиксельных камеры с углом зрения 90 градусов. У последних заодно существенно больше будет угол зрения по вертикали, так что помимо охвата горизонта они обеспечат возможность наблюдать птиц в небе и муравьев на земле. Это может быть полезно, хотя вряд ли вы готовы за такую возможность платить дополнительные деньги. В результате камер можно использовать всего вдвое меньше, хотя каждая содержит вчетверо больше пикселей.


Другой пример: видеокамеры установлены вдоль забора, одна за другой. Обычная видеокамера с достаточным разрешением может контролировать участок 15 метров шириной и 70 метров длиной. Двухмегапиксельная различает вдвое меньшие детали, а потому способна контролировать 140 метров в длину. Заодно контролируемая полоса станет шире – 30 метров – так что в кадр попадут кусты внутри объекта и дорога снаружи изгороди. Это, в общем-то, хорошо, но не требуется, однако мегапиксельных видеокамер будет нужно всего лишь вдвое меньше, хотя каждая содержит вчетверо больше пикселей. Наконец, третий пример. Видеокамера с объективом 90 градусов установлена в углу комнаты 5 на 5 метров. Вся комната просматривается, в дальнем углу обеспечивается разрешение 100 пикселей на рост человека. Этого, пожалуй, недостаточно для опознавания даже знакомого человека (принято считать, что необходимо 200-250 пикселей на рост, а столько получается только в центре комнаты и двух других углах), но более чем достаточно для определения, чем человек занимается. Более того, если дверь в комнату находится не в дальнем углу, то человек заведомо минимум дважды окажется на расстоянии, на котором его легко будет опознать.

Если мы устанавливаем мегапиксельную камеру, нам все равно придется поставить одну камеру (нельзя же поставить четверть камеры), правда качество изображения повысится – на рост человека даже в дальнем углу придется 200 пикселей, что обеспечит гарантированное опознавание хорошо знакомого человека в любой точке комнаты, все время пока он там ходит, но все равно, скорее всего, этого будет недостаточно для опознавания незнакомого, например, по видеозаписи. В этом примере мы видим, что качество несколько повысилось, хотя количество видеокамер осталось неизменным, хоть полмегапикселя, хоть два, хоть десять – все равно на одну комнату надо ставить одну камеру.


Второй недостаток, хорошо известный профессионалам, но старательно замалчиваемый продавцами, - чувствительность. Грубо говоря, чувствительность зависит в основном от размера отдельной ячейки. Если матрица размером полдюйма содержит два миллиона пикселей, по чувствительности она примерно эквивалентна обычной (полмегапикселя) матрице размером четверть дюйма, и почти вдвое уступает стандартным третьдюймовым видеокамерам. Если вспомнить, что мегапиксельные камеры почти все цветные, а цветные, во-первых, имеют еще вдвое меньший размер ячейки (половина пикселя зеленая, а половина красная или синяя), а во-вторых, еще имеют светофильтры, пропускающие только нужный цвет, а потому их чувствительность оказывается раз в 10 меньше камеры стандартного разрешения того же размера.

Конечно, в реальной жизни большая чувствительность не так уж и важна. Она означает лишь то, что можно поставить меньше ламп освещения. Хорошие полдюймовые черно-белые обычные (полумегапиксельные) камеры могут быть достаточно чувствительными, чтобы в городских условиях обходиться без дополнительного освещения. Цветные, да еще и мегапиксельные, всегда потребуют достаточно высокой освещенности. Кстати, популярные ныне камеры с режимом «день/ночь» фактически являются цветными. Даже те из них, которые в режиме «ночь» действительно расширяют спектральный диапазон чувствительности (например, имеют дополнительные ячейки «четвертого» цвета или механически отодвигаемый фильтр) тем не менее, обладают чувствительностью втрое-вчетверо ниже настоящих монохромных. Большинство же камер с заявленным режимом «день/ночь» фактически ночью просто отключают сигнал цветности, что ничуть не повышает чувствительность, а всего лишь устраняет визуально неприятные цветные шумы.


Однако чувствительность важна не только сама по себе. Значительно важнее то, что матрицы с большими чувствительными ячейками обеспечивают лучшее отношение сигнал/шум при нормальной освещенности. Кроме того, в большие ячейки умещается больше электронов, что позволяет плавно передавать много градаций яркости. Матрицы с плохой чувствительностью, помимо собственно плохой чувствительности, всегда обладают плохой способностью передавать полутона. А поскольку в реальной жизни (не в кино) интересные объекты имеют невысокую контрастность (например, преступник в камуфляже на фоне кустов), плохая способность передавать полутона приведет к полной потере различимости объекта. Кстати, обратите внимание: у массовых простых фотоаппаратов с маленькой (10мм) матрицей в последнее время количество мегапикселей не меньше 14, а то и 16. В то время как у намного (раз в 10) более дорогих полупрофессиональных с матрицей 20мм обычно даже меньше мегапикселей – всего 12 или 14. Наивные покупатели дешевых мыльниц полагают, что много мегапикселей это и есть много качества. Более продвинутые пользователи знают, что мегапиксели – это лишь одна грань качества, и переоценивать ее в ущерб другим параметрам, не столь очевидным, не следует. Конечно, в самых дорогих профессиональных фотоаппаратах и матрица огромная – 40мм и мегапикселей не менее 30, и все параметры на уровне. Правда, цена также еще раз в 10 больше. Так что не в одних мегапикселях счастье, если хотите получить высокое качество.

И напоследок. Как правило, чем больше мегапикселей в каждом кадре, тем меньше кадров в секунду может обработать процессор камеры и пропустить сетевой кабель. Для мегапиксельных камер вполне приемлемым считается 10 кадров в секунду, как в чаплинских фильмах. Для охранных целей в большинстве случаев этого вполне достаточно. Если, конечно, речь не идет о наблюдении за автомобилями на оживленной трассе. Автомобиль, движущийся со скоростью 40 метров в секунду (140 км/час) за 1/10 секунды перемещается как раз на свою длину, так что он может вообще не попасть ни в предыдущий кадр, ни в последующий. В целом этот недостаток действительно не очень важен. Но, как и в случае с чувствительностью, есть другие проявления этого недостатка, не столь очевидные, но более опасные. Если процессор с трудом справляется с обработкой нескольких мегапикселей, у производителя появляется соблазн включить упрощенный режим при цифровой компрессии. Это означает, что если процессор не успевает найти в кадре все мелкие детали, то и не будет их передавать. Количество кадров (легко наблюдаемый параметр качества) таким образом, достигнет 50 в секунду, однако в результате разрешение изображения после компрессии существенно снизится. Это трудно заметить глазом, на качество алгоритмов сжатия фактически нет никаких стандартных способов измерения, никаких объективных параметров, которые можно было бы легко проверить. Особенно это будет проявляться при резком движении в кадре, когда процессор будет перегружен большими изменениями в кадре относительно предыдущего. Весьма вероятно, что неподвижная картинка будет обеспечивать все заявленные мегапиксели, но при появлении в кадре преступника система постыдно потеряет все качество и изобразит размазанную фигуру. Возможно, процессор поддерживает режим, в котором в таком случае увеличится количество бит в секунду, передаваемых в сеть. Это лучше, но это означает, что при проектировании сети вам придется заложить многократный запас по производительности коммутаторов, чтобы в случае активного большого движения в поле зрения нескольких видеокамер вся сеть вдруг не встала, и не оказалось, что картинка совсем исчезла.
В целом, вас не обманут предыдущие слова, переход к мегапиксельным камерам, несомненно, большой шаг вперед в охранной технике. Не случайно эти камеры уже прочно заняли свою нишу на рынке, и спрос на них постоянно растет. Именно поэтому представляем вниманию читателей несколько моделей мегапиксельных камер ведущих производителей.