رزولوشن در دوربین مداربسته

راهنمای مطالعه

رزولوشن دوربین مداربسته چیست؟

رزولوشن‌های مشترک سیستم‌های نظارت تصویری

تاثیر فشرده سازی بر رزولوشن

قالی دست‌باف نسبت به قالی ماشینی بسیار زیباتر است، هنرمندانی که گره‌هایی از سر ذوق برای آفرینش این قاب زیبا می‌زنند و تارهای افقی و عمودی که نهایتا یک تصویر با کیفیت را ثبت خواهند کرد. این قالی هرچقدر ریزبافت‌تر باشد، زیباتر خواهد بود. پیچیدگی این ماجرا مانند رزولوشن و کیفیت تصویر دوربین مدار بسته، به عوامل مختلفی وابسته است. پس با ما همراه باشید تا کمی این پیچیدگی را آسانتر کنیم. 

رزولوشن دوربین مداربسته چیست؟ 

با توجه به تغییرات سال 2021، استفاده از رزولوشن 1080P به‌همراه 4MP رو به کاهش است و رزولوشن‌های بالاتری درحال استفاده هستند. حداکثر رزولوشن یک دوربین در دو سال گذشته پیشرفت نسبتاً زیادی کرده است، اما نسخه‌های منتشر شده محدود هستند. مثلا Hanwha دوربین 8k/33MP و Avigilon دوربین H5 Pro با رزولوشن 61MP خود را روانه بازار کرده‌اند.

جدای از این موارد، در حوزه 8K و فراتر از آن توسعه محدودی وجود دارد. حتی اگر مدل‌های بیشتری در سال 2021 و 2022 منتشر می شد، اما به دلیل اندازه بزرگتر و هزینه بالا، احتمالاً برای چند سال آینده مورد استفاده قرار می گرفتند.

پیشنهاد می‌کنیم حتما مطلب جامع و کامل 0 تا 100 “دوربین مداربسته” را مطالعه نمایید. 

رزولوشن: مشاهده جزئیات

در انگلیسی رایج و استفاده عمومی، رزولوشن به معنای توانایی حل جزئیات - دیدن یا تشخیص آن‌ها است. به عنوان مثال، آیا شما قادر به مشاهده پایین‌ترین خط جدول معاینه چشم هستید؟ آیا دوربین می‌تواند چندین خط را در کنار هم بر روی یک مانیتور معمولی یا مانیتور صنعتی یا ویدیووال به طور واضح نمایش دهد؟ این یک معیار عملکرد محور است که بر جزئیات تمرکز دارد.

به صورت تاریخی سیستم‌های نظارتی جدول مشابهی را استفاده می‌کردند. دوربین‌های آنالوگ با شمارش خطوط اندازه گیری می‌شد. به این معنی که توانایی دوربین در نمایش خطوط کنار هم، در محدوده داده شده بر روی مانیتور اندازه گیری می‌شد.

اگر شما بتوانید خطوط بیشتری را مشاهده کنید، از نظر تئوری می‌توانید جزئیات بیشتری از دنیای واقعی را مشاهده کنید، جزئیاتی مانند: ویژگی‌های چهره، شخصیت‌ها، پلاک‌ها و .…

برای مثال در تست صورت گرفته متوجه شدیم که در دوربین‌های 1080P معادل تقریباً 900 خط، 5 مگاپیکسل معادل 1000 و غیره قابل مشاهده هستند، در جدول زیر می‌توانید مشاهده کنید:

مشکل: تست TVL فقط در شرایط ایده‌آل

با این حال، تست TVL فقط در شرایط روشنایی یکنواخت انجام می‌شود. در شرایط نور مستقیم خورشید، نور پس‌زمینه یا سطوح نور کمتر، اندازه‌گیری‌های TVL به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد. به علاوه، این تست فقط بر روی نمودارهای آزمایشی ثابت انجام می‌شود، نه اجسام متحرک رایج در دنیای واقعی.

به همین دلیل، در اندازه‌گیری‌های TVL نوردهی بیش از حد، رمزگذاری نویز و مصنوعات، جلوه‌های روشنایی IR، تاری حرکت یا سایر مسائل موجود در دنیای واقعی را در نظر نمی‌گیرند.

رزولوشن: اندازه گیری پیکسل ها

در بازاریابی دوربین‌های IP، سازندگان تلاشی برای اندازه‌گیری عملکرد نمی‌کنند. در عوض، رزولوشن به عنوان شمارش تعداد پیکسل‌های فیزیکی که یک سنسور تصویر دارد، دوباره تعریف شده است.

به عنوان مثال، یک دوربین با وضوح 1080P معمولاً دارای وضوح 2 مگاپیکسل (میلیون پیکسل) توصیف می‌شود، زیرا سنسور مورد استفاده دارای 2 میلیون پیکسل روی آن است (از نظر فنی 2073600 پیکسل که حاصل ضرب 1920 پیکسل افقی در 1080 پیکسل عمودی است). تصویر سنسور زیر این مثال را نشان می دهد:

محدودیت‌های رزولوشن دوربین مدار بسته

اغلب تصور می‌شود که پیکسل‌های بیشتر (همانند تعداد خطوط بالاتر) کیفیت بالاتری را ارائه می‌دهند. با این حال، این به دور از واقعیت است.

دقیقا مانند اندازه‌گیری‌های رزولوشن به روش کلاسیک که فقط از شرایط نوری ایده‌آل استفاده می‌کنند، اندازه‌گیری پیکسل‌ها به تنهایی تأثیر چالش‌های رایج نوری در دنیای واقعی را نشان نمی‌دهد. اغلب، اما نه همیشه، داشتن پیکسل‌های بیشتر می‌تواند منجر به قدرت تفکیک ضعیف‌تر در شرایط نور کم شود. علاوه بر این، دوربین‌هایی با تعداد پیکسل‌های پایین‌تر، اما پردازش تصویر برتر، می‌توانند تصاویری با کیفیت بالاتر در صحنه‌های دارای نور خورشید/WDR روشن ارائه کنند.

پیکسل ها پتانسیل را تعیین می کنند، نه کیفیت

در هر حال، پیکسل‌ها سنگ بنای تعیین کیفیت دوربین‌های نظارت تصویری IP هستند. بدون حداقل تعداد پیکسل برای یک منطقه/هدف معین، تعیین کیفیت غیر ممکن است.

رزولوشن‌های مشترک سیستم‌های نظارت تصویری

جدول زیر متداول ترین رزولوشن مورد استفاده در استقرار سیستم نظارت تصویری را خلاصه می کند که امروزه تولید می شوند. توجه داشته باشید که VGA، به جز در دوربین های حرارتی، دیگر رایج نیست؛ اما برای اشاره به آنچه "تعریف استاندارد" نامیده می شود، در اینجا گنجانده شده است.

ارتباط رزولوشن با هزینه

دوربین‌های با وضوح بالاتر معمولاً قیمت بیشتری نسبت به مدل‌های با رزولوشن پایین دارند، اگرچه تفاوت آن‌ها به اندازه گذشته نیست. به عنوان مثال، زمانی که دوربین‌های 4K یا 5MP برای اولین بار معرفی شدند، معمولاً به عنوان مدل‌های بالاتر و گران‌تر شناخته می‌شدند. اکنون، 5 مگاپیکسل و بالاتر در خطوط تولید، از مدل‌های لنز ثابت ارزان قیمت گرفته تا دوربین‌های سطح بالا با ویژگی‌های پیشرفته، رایج است.

علاوه بر این، توجه داشته باشید که هزینه بیشتر برای رزولوشن بالاتر همیشه منجر به عملکرد بهتر نمی‌شود، زیرا ویژگی‌های پیشرفته مانند نور بسیار کم و WDR واقعی همیشه پشتیبانی نمی‌شوند، یا در مدل های با رزولوشن بالاتر عملکرد خوبی دارند یا نیاز به افزایش قابل توجه هزینه دارند. به عنوان مثال، دوربین‌های 1080P معمولا گزینه‌های WDR قوی و نور بسیار کم را ارائه می‌دهند، در حالی که مدل‌های با رزولوشن بالاتر ممکن است فاقد یک یا چند مورد از این ویژگی ها باشند.

اگر علاقه‌مند به کسب اطلاعات بیشتر در مورد “دوربین وای فای” هستید، حتما این مطلب را از دست ندهید. 

کاهش سرعت توسعه فناوری های رزولوشن 

در اوایل دهه 2010، رزولوشن دوربین به سرعت افزایش یافت، از SD به مگاپیکسل و پس از مدت کوتاهی به 3، 5 و 10 مگاپیکسل. با این حال، در چند سال گذشته، سرعت این پیشرفت‌ها به شدت کاهش یافته است.

رزولوشن سنسور 8K/33MP و بالاتر معرفی شده است، اما انتخاب مدل بسیار محدود است. 

بالا بودن بیش از حد رزولوشن

از آنجایی که تعداد پیکسل‌ها به 1080P، 4MP و فراتر از آن افزایش یافته است، رزولوشن دوربین اغلب به طور غیر ضروری بالا می‌رود.

از لحاظ تاریخی، نظارت تصویری احساس نیاز زیادی به رزولوشن بالاتر داشته است، که رزولوشن موجود تقریباً همیشه برای رفع نیازهای آن خیلی کم بوده است:

با این حال، با رزولوشن بالاتری که اکنون در دسترس است، هنگامی که به اندازه کافی امکانات برای ثبت جزئیات چهره و پلاک خودرو دارید، بیشتر کاربران از پیکسل های بیشتر بهره عملی کمی می برند.

ممکن است تصویر "زیباتر" به نظر برسد، اما کیفیت شواهد مشابه است. این نکته مهمی است که به محاسبات PPF نگاه می‌کنیم و اطمینان حاصل می‌کنیم که پیکسل‌ها را هدر نمی‌دهید و پهنای باند و فضای ذخیره‌سازی را بی‌مورد مصرف نمی‌کنید.

تاثیر چند تصویری، چند سنسوری

ظهور دوربین‌های چندتصویری نیاز به افزایش رزولوشن در دوربین تصویرگیرنده را نیز کاهش داده است. از آنجایی که این مدل‌ها بهتر می‌توانند با استفاده از دو یا چند حسگر «استاندارد»، مناطق بزرگ را پوشش دهند، در بسیاری از موارد، مانند پارکینگ‌ها(پایین)، محوطه‌ها، و دیگر مناطق باز بزرگ، جای دوربین‌های تکی با رزولوشن بالاتر را گرفته‌اند.

با بسیاری از مدل‌های چند تصویری که به راحتی در دسترس هستند، تقاضا برای مدل‌های با رزولوشن بالاتر (> 4K) کاهش یافته است.

رزولوشن سنسور در مقابل رزولوشن استریم

در حالی که تولیدکنندگان معمولاً دوربین‌ها را بر اساس رزولوشن (یعنی تعداد پیکسل) سنسور مشخص می‌کنند، گاهی اوقات رزولوشن استریم ارسال شده می‌تواند کمتر باشد. این امر در موارد متعدد اتفاق می افتد:

• قابلیت‌های محدود دوربین: 

در برخی موارد، تولیدکنندگان ممکن است از حسگرهای در دسترس با یک رزولوشن استفاده کنند اما به دلیل محدودیت در پردازش با رزولوشن کامل، سنسور را به تعداد پیکسل‌های کمتری برش دهند. به عنوان مثال، یک سنسور 6 مگاپیکسلی ممکن است به 5 مگاپیکسل بریده شود تا بتواند با نرخ فریم بالاتر یا از WDR  با سطوح بالاتر استفاده کند.

• دوربین های Fish Eye:

 تولیدکنندگان اغلب بخش های استفاده نشده حسگر را از جریان‌های دوربین پانوراما برش می‌دهند، بنابراین یک مدل Fish Eye  با  «12 مگاپیکسل» ممکن است در واقع با 8 تا 9 مگاپیکسل پخش شود.

• دوربین‌های دارای چندتصویر متصل شده: 

علاوه بر این، برخی از دوربین‌های چندتصویرکننده یک جریان تک تصویری حاوی همه دوربین‌ها را ارائه می‌دهند که معمولاً از رزولوشن غیر استاندارد استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، دوربین زیر چهار سنسور 3 مگاپیکسلی را به یک جریان 7552*1416 متصل می کند:

• کاهش در نرم افزار: 

در نهایت، یک نصب کننده ممکن است به طور صریح یا اشتباه، دوربین را روی رزولوشن پایین‌تر تنظیم کند. گاهی اوقات این کار برای صرفه جویی در پهنای باند انجام می‌شود، اما در سایر مواقع به سادگی یک خطا یا نقص در تنظیمات پیش فرض رزولوشن در VMS است. در هر صورت، بسیاری از اوقات رزولوشن HD ممکن است "وحشتناک" به نظر برسد. اما مشکل این است که آن را روی حداکثر رزولوشن استریم خود تنظیم نمی‌کنید (یعنی یک دوربین 3 مگاپیکسلی که روی 640*480 تنظیم شده است).

به دلیل این مشکلات، کاربران باید مطمئن شوند که نه تنها رزولوشن سنسور، بلکه رزولوشن‌های استریم پشتیبانی شده و مورد استفاده را که معمولاً در صفحه داده‌های دوربین یافت می‌شوند، بررسی کنند:

تاثیر فشرده سازی بر رزولوشن

از آنجایی که رزولوشن معمولاً فقط به معنای تعداد پیکسل است، توجهی به میزان فشرده شدن پیکسل ها نمی‌شود. فقط به این دلیل که دو دوربین رزولوشن یکسانی دارند (یعنی تعداد پیکسل)، کیفیت تصویر قابل مشاهده می‌تواند به دلیل تفاوت در سطوح فشرده سازی انتخاب شده به طور قابل توجهی متفاوت باشد.

به عنوان مثال، تصاویر زیر از یک دوربین 1080P گرفته شده است. با این حال، تصویر سمت چپ از فشرده سازی کم استفاده می‌کند و جزئیات واضح است. در سمت راست، فشرده سازی بیشتری اعمال می‌شود و جزئیات برای رمزگذاری مصنوعات از بین می‌روند.

در حالی که این تصاویر هر دو دارای "رزولوشن" یکسان هستند، جزئیات قابل استفاده از هر یک به شدت متفاوت است.

انتخاب سطوح فشرده سازی

انتخاب سطح فشرده‌سازی مناسب می‌تواند مشکل باشد. اغلب اینکه چقدر می‌توان از میزان فشرده سازی کاست، به ترجیحات ذهنی بینندگان یا جزئیات صحنه در حال ثبت بستگی دارد.

همچنین این موضوع به همان اندازه مهم است که افزایش فشرده‌سازی می‌تواند منجر به صرفه جویی زیادی در هزینه‌های هارد‌دیسک (حجم ذخیره‌سازی کمتر مورد نیاز برای مدت زمان مشابه)، پیکربندی سرور (CPU ضعیف تر برای ذخیره پهنای باند کمتر) و سوئیچ‌ها (سوئیچ های گیگابیتی مسی ممکن است به جای فیبر 10GbE استفاده شود) شود. 

همچنین برای در نظر گرفتن فشرده‌سازی مهم است که بدانیم تنظیمات فشرده‌سازی پیش‌فرض تولیدکنندگان به‌طور قابل‌توجهی با یکدیگر متفاوت هستند. 

تاثیر زاویه دید 

صرف نظر از کیفیت بالای یک تصویر، برای «دیدن» جزئیات یک موضوع، که به آن «زاویه دید» می‌گویند، باید زاویه مناسبی داشته باشد.

به عنوان مثال، تصویر زیر یک سوژه را در همان فاصله در یک صحنه آزمایش نشان می‌دهد، در زاویه دید زیاد در سمت چپ و زاویه کم/صفر در سمت راست:

حتی اگر تصویر سمت چپ 10 برابر پیکسل بیشتری نسبت به سمت راست داشته باشد، تصویر سمت چپ قادر به دیدن جزئیات کامل صورت سوژه نیست زیرا رو به دوربین نیست.

این اغلب یک مشکل عملی در تلاش برای پوشش مناطق وسیع با یک دوربین با رزولوشن بالا است. حتی اگر بتوانید تعداد پیکسل‌های «مناسب» را دریافت کنید، اگر شخصی رو به دوربین نباشد یا ماشینی عمود بر دوربین رانندگی کند، ممکن است شانسی برای ثبت جزئیات نداشته باشید.

عوامل موثر دیگر بر رزولوشن

در نهایت، توجه داشته باشید که فراتر از موضوعات مورد بحث در بالا، بسیاری از عوامل دیگر بر رزولوشن (فراتر از پیکسل‌ها) تأثیر می‌گذارند، از جمله:

1.  عملکرد در نور کم
2.  عملکرد WDR
3.  عملکرد IR یکپارچه
4.  تنظیمات فشرده سازی
5.  زاویه / شیب دوربین
6.  انتخاب لنز
7.  فوکوس لنز

رزولوشن مشخص شده (یعنی تعداد پیکسل) را به عنوان تنها معیار کیفیت نپذیرید زیرا منجر به مشکلات بزرگ‌تر می‌شود.