Разрешающая способность

Понимание термина "разрешающая способность" является на удивление трудным и сложным. В то время, как термин "разрешение" вроде бы говорит само за себя, его осознанное использование в видеонаблюдении оказывается намного сложнее. В данной публикации мы исследуем пять важных моментов:
1. Что традиционно понимают под разрешением – возможность видеть детали? Ограничения такого подхода.
2. Что разрешение обычно означает в видеонаблюдении – количество пикселов? Пределы использования подобной метрики.
3. Как разрешение матрицы отличается от разрешение при передаче потока.
4. Насколько заметно на разрешение влияет компрессия?
5. Что ограничивает значение разрешающей способности?
Разрешение – способность видеть детали
В традиционном английском языке обычно значение слова "разрешение" означает возможность различать детали. К примеру, вы можете прочесть самую низшую строчку в таблице для проверки зрения? А может ли камера обеспечивать четкое отображение на мониторе смежных штрихов? Это показатель качества (в оригинале "performance". Прим. Ю.Г.), ориентированного на результат.
Исторически так сложилось, что в видеонаблюдении используется именно этот подход. Разрешающая способность аналоговых камер измерялась в количестве телевизионных линий: буквально - это способность видеокамеры обеспечивать отображение определенного количества штрихов в данной области на экране монитора.
Если вы можете видеть больше штрихов, это значит, что вы сможете видеть больше деталей в картинке реального мира – черты лица, символы, автомобильные номера и пр.
Основное ограничение данного метода заключалось в том, что разрешающая способность – количество телевизионных линий – всегда измерялась в прекрасных условиях освещения. Однако при непосредственной засветке солнечным светом или в условиях низкой освещенности разрешающая способность изменяется, возможно, существенно снижаясь. Дополнительной сложностью является то, что для разных камер эти изменения освещенности различны.
Данный подход позволяет измерить качество камеры, но он работает в идеальных, зачастую нетипичных условиях.
Разрешение – количество пикселов
В настоящее время, в связи с переходом на IP-видеонаблюдение, производители даже не пытаются измерять качество. Вместо этого, разрешение теперь определяется путем подсчета количества физических пикселов, которые содержит матрица камеры.
При этом исходят из предположения, что чем больше число пикселов (также, как до этого – больше число телевизионных линий), тем более высоким является качество изображения. Однако, это совсем не очевидно.
Аналогично тому, как при классическом измерении разрешающей способности, при котором используются лишь идеальные условия освещенности, так и в случае подсчета числа пикселов игнорируются проблемы, связанные с влиянием на видеонаблюдение условий реальной освещенности. Нередко, хотя и не всегда, низкая освещенность приводит к уменьшению разрешающей способности. Кроме того, видеокамеры, имеющие сравнительно небольшое количество пикселов, но с отличной обработкой изображений, могут обеспечить более качественное изображение при ярком солнечном свете или при большом динамическом диапазоне освещенностей.
Тем не менее, количество пикселов стало основой в характеристиках IP-видеонаблюдения. Несмотря на указанные ограничения, следует иметь ввиду, что когда профессионалы видеонаблюдения рассуждают о разрешающей способности, они почти всегда имеют ввиду количество пикселов, а не разрешающую способность. Кроме того, возможны различные варианты разрешающей способности.
При прочих равных условиях, за большее разрешение камеры (то есть, за большее число пикселов) вы должны быть готовы платить больше. Хотя для камер могут указываться многие параметры, все же помните об изменении качества, которое может быть вызвано низкой освещенностью или широким динамическим диапазоном).
Разрешение: матрица vs поток
В то время, как производители обычно оценивают качество камер, основываясь на разрешающей способности (то есть, количестве пикселов матрицы), иногда разрешение переданного изображения (в оригинале "потока" Прим. Ю.Г.) оказывается ниже. Подобное может происходить в следующих случаях.
Производитель использует матрицу с разрешением, большим, чем может передаваться в данном потоке. Самым общим примером сказанного является то, как в качестве панорамной используется камера с матрицей 5 Мпикс, хотя поток на ее выходе может обеспечить передачу лишь 2 Мпикс.
Интегратор сознательно или ошибочно устанавливает на камере низкое разрешение. Иногда это делается для обеспечения пропускной способности, но иногда это просто ошибка или проблема в установке по умолчанию разрешающей способности ПО системы видеонаблюдения (VMS). В любом случае, зачастую изображение с НD-разрешением может выглядеть ужасным, однако причина этого лишь в том, что в настройках не установлен поток с максимальной разрешающей способностью (например, камера 3 Мпикс установлена на разрешение 640х480).
Проверяйте не только разрешение матрицы, но и поддерживаемое/установленное разрешение для передачи.
Не забывайте о компрессии
Еще один важный вопрос: поскольку в настоящее время разрешение измеряется количеством физических пикселов, то при этом не учитывается, сколько пикселов, содержащихся в данных, "сжимается". Каждому пикселу присваивается значение, соответствующее его цвету, как правило, порядка 16 млн (24 бит), создавая огромный объем данных. Например, скорость передачи данных несжатого потока с камеры, имеющей 1080р/30fps, превышает 1 Гбит/с. Однако в настоящее время, с приходом цифрового видео, в видеонаблюдении почти всегда используется компрессия. Поэтому указанный поток для 1080р/30fps может быть записан со скоростью 1 Мбит/с или 8 Мбит/с, то есть в 100 или даже 1000 раз меньшей, чем для несжатого потока. И здесь всего один вопрос, правда, очень большой – как это сжатие сказывается на изображении?
Положительным является то, что имеется возможность существенно снижать требования к пропускной способности каналов и объему хранилищ без значительного видимого влияния на качество изображения. Именно поэтому данный подход применяется повсеместно.
Однако правильный выбор уровня компрессии может быть не так прост. Насколько допустимыми могут быть потери от компрессии – это зависит от субъективных предпочтений операторов или необходимости наблюдать мелкие детали. Не менее важно, что повышение компрессии позволяет экономить на жестких дисках, коммутаторах и серверах.
Видимое качество изображения от двух камер с одной и той же разрешающей способностью (количеством пикселов) может существенно отличаться лишь вследствие выбранных уровней компрессии.
Ограничения на значения разрешающей способности
Даже если качество изображения возрастает точно пропорционально количеству пикселов (что, очевидно, не так), существуют два других ограничения при практическом использовании видеокамер: угол наблюдения за происходящим и требуемое разрешение.
Угол наблюдения за происходящим
Вне зависимости от того, каково качество изображения, необходимо, чтобы угол наблюдения позволял видеть детали предмета, поскольку камеры не умеют видеть сквозь стены или сквозь людей.
Часто встречаемая на практике проблема, когда пытаются с помощью одной камеры с супервысоким разрешением наблюдать за всей территорией парковки автомобилей. Даже когда вы имеете необходимое количество пикселов, но машина движется у противоположной стороны или перпендикулярно положению камеры, у вас нет шансов увидеть автомобильный номер (аналогичный случай и для лица человека).
Требуемое разрешение
Типичным и историческим фактом является то, что видеонаблюдению всегда было недостаточно разрешающей способности, почти всегда ее было слишком мало для его нужд. Однако, поскольку количество пикселов возросло до 2 Мпикс и даже выше, зачастую это может оказаться даже излишним. Если имеется достаточно пикселов, чтобы различать лица и автомобильные номера, то достижение большего числа пикселов уже будет давать мало практической пользы для большинства пользователей. Изображение может выглядеть лучше, однако качество, необходимое для доказательства, остается тем же. Это является главным фактором при использовании соответствующих калькуляторов, гарантирующих, что вы не выбрасываете пикселы на ветер.
Факторы, влияющие на разрешающую способность
К сожалению, многие факторы влияют на разрешение при видеонаблюдении, далеко не только количество пикселов, а именно:
-Низкая освещенность
-Динамический диапазон
-Настройки компрессии
-Выбор объектива и настройка на резкость
Не следует рассматривать заявленную разрешающую способность (количество пикселов) в качестве единственного показателя качества, ибо это может привести к большим проблемам. Осознайте и учитывайте все указанные факторы, чтобы добиваться наивысшего качества в своих проектах.