Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Будет ли дальше расти разрешение видеокамер?

В рубрику "Видеорегистрация (DVR)" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Будет ли дальше расти разрешение видеокамер?

Разрешение изображения является важнейшей характеристикой видеонаблюдения на всем протяжении его истории. Поскольку типовое видеонаблюдение выросло из вещательного телевидения, величины и критерии разрешения традиционно были идентичные с ним. По принципу действия разрешение получаемого изображения – если не учитывать возможности видеозаписи – определялось и ограничивалось в основном разрешением телекамер. Особенно это касается черно-белого варианта видеоконтроля...
Николай Чура
Независимый эксперт

В традиционной и практически уже давно устаревшей аналоговой черно-белой системе видеоконтрольные устройства (мониторы) всегда обеспечивали по крайней мере 800– 1000 ТВЛ горизонтального разрешения. Вертикальное разрешение определялось форматом разложения (CCIR/PAL или EIA/NTSC) и было фиксированным. Стандартный коаксиальный кабель нормировался и нормируется на минимальной частоте 10 МГц и всегда с запасом обеспечивал передачу, по крайней мере 1000 ТВЛ на разумное расстояние. Конечно, аналоговые видеорегистраторы стандарта VHS обеспечивали запись не более 250–300 ТВЛ, но прямое наблюдение определялось видеокамерой и давало 380–400 ТВЛ в стандартном варианте и 570–600 – в высоком разрешении. С появлением цветных вариантов оборудования с разрешением стало несколько хуже, даже камеры высокого разрешения обеспечивали не более 450–470 NDK. Но цифровая запись несколько улучшила общее положение. Даже стандартный вариант оцифровки с дискретизацией около 13,5 МГц обеспечивал и обеспечивает горизонтальное разрешение цветной видеозаписи под 500 ТВЛ.

Следующим шагом в аналоговом сегменте явилась технология компании SONY 960H (Effio), в которой горизонтальное разрешение цветных видеокамер увеличилось с 450–470 ТВЛ до "честных" 600–650 ТВЛ. Увеличив частоту дискретизации до 18 МГц, следом подтянулись и видеорегистраторы. В реальности этого разрешения может убедиться любой, имеющий телевизионную таблицу и черно-белый видеомонитор либо цветной с гребенчатым фильтром на входе. Парадокс этого достижения в том, что реальное увеличение только горизонтального разрешения практически не улучшило субъективное качество картинки. А ведь достигнуто увеличение разрешения почти на 30%.

Мегапиксельное разрешение

Переход на мегапиксельное разрешение в IP-видеонаблюдении, а затем появление HDcctv (HD-SDI) на основе вещательных стандартов HDTV внедрили в видеонаблюдение изображения сверхвысокого разрешения HD и Full HD с форматами кадра 16:9. Правда, здесь увеличение размера кадра по горизонтали привело не к столь значительному увеличению реального горизонтального разрешения. Ведь погонное разрешение, приведенное к стандартному кадру 4:3, составило в формате HD "всего лишь" 600 ТВЛ, то есть как в формате 960H.

Мультимедийные сетевые принципы IP-систем практически не ограничивают выбор формата и разрешения кадра. Учитывая это, использование в них "бытовых" форматов вещательного телевидения HD и Full HD можно считать уступкой рынку и потребителю, не совсем понимающему задачи видеонаблюдения.

Расширенный кадр, кроме некоторого снижения суммарного разрешением до 0,9 и 2,1 Мпкс, вместо возможных 1,3 и 3,0 Мпкс для стандартного кадра 4:3, чаще всего является неоптимальным и несколько избыточным в ширину. Ведь видеонаблюдение в основном направлено на распознавание и идентификацию человека, его деятельности, наблюдения вдоль периметров, дорог и коридоров. Кроме того, оператору значительно сложнее держать в поле зрения широкий кадр. Не случайно минимальные дальности расположения мониторов от операторов обычно обеспечивают наблюдение изображения с горизонтальным углом зрения около 20–30 угловых градусов, что для средней угловой разрешающей способности глаза (около 1 угловой минуты) делает достаточным максимальный предел разрешения не более 1200–1800 элементов изображения или пикселей по горизонтали. Да и цветовое поле зрения глаза человека не превышает 20, 30 и 50 градусов для зеленого, красного и синего цветов соответственно. Не рассчитывать же оператору на периферическое черно-белое зрение при цветном видеонаблюдении. Это зрение, конечно, отлично справляется с обнаружением опасности, но не предназначено для рассматривания.


В данном случае задачи наблюдения кардинально расходятся с художественным телевидением и кинематографом, где главная задача – создать сильное впечатление и "погружение в действие". Этому служат огромные экраны, когда края изображения уходят за пределы прямого поля зрения и воздействуют на то самое периферическое зрение. Другими словами, ставится задача сделать экран максимально большим с большим углом просмотра. Особенно для кинематографа с большим количеством зрителей. В процессе его развития этот угол неуклонно рос. В табл. 1 приведены углы просмотра для различных систем кинопоказа с разных мест в зале.


На рис. 1 представлены различия форматов, то есть отношений сторон, современного кино и телевидения. Исходное горизонтальное разрешение кадра на кинопленке достаточно велико и лежит в пределах от 4000 пкс для стандартного кадра 20,7 мм при пленке 35 мм и до 26 600 пкс для кадра IMAX 69,6 мм при пленке 70 мм (продольное расположение). Но с учетом влияния оптики и механики фильмового тракта при съемке и демонстрации специалисты из НИКФИ оценили разрешение в пределах от 1320 до 7930 пкс для тех же систем.

Мегапиксельное телевидение в кинематографе

Появление уже формата Full HD (2K), а за тем 4К позволило начать использование мегапиксельной телевизионной техники в кинематографе как для съемки и демонстрации, так и для создания цифровых копий существующих шедевров кинематографа без потери качества. При этом весьма желательно увеличивать и квантование как минимум до 12, а лучше до 16 бит, чтобы реализовать весь диапазон контраста киноизображения. Можно себе представить, какие объемы информации при этом получаются!

Здесь необходимо сделать оговорку, что форматы nК родились именно в кинематографе. K, или "тысяча", обусловлена первой оцифровкой киноизображения на 1024 пкс по горизонтали. Однако в тот раз это оказалось явно недостаточным, даже для небольшого кинозала. (Примечательно, что горизонтальный размер в кинопромышленности является главным, точно так же как вертикальный – в телевидении.) В табл. 2 приведены некоторые форматы оцифровки киноизображения.


Другими словами, можно констатировать, что в демонстрационных технологиях изображение увеличивается в размере и расширяется. Но даже для художественного кино избыточная ширина кадра и большой угол просмотра мешают сконцентрировать внимание зрителей на главных событиях, которые, естественно, происходят в центре экрана. Для этого режиссеры часто расфокусируют или затеняют края изображения при съемке. Применительно к телевидению весьма любопытно мнение некоторых специалистов вообще относительно оптимальности даже современного телевизионного формата 16:9 (http://rus.625-net.ru/archi-ve/0404/format.htm).

После становления сегодня формата Full HD как базового в мегапиксельном видеонаблюдении некоторый ажиотаж вызвало сообщение о появлении в телевидении новых форматов – 4К и даже 8К.

Основы телевидения сверхвысокой четкости (UHDTV) были разработаны МККР еще в 1994 г. В 2005 и 2006 гг. компания NHK реализовала опытные передачи изображения 8К с демонстрацией на экране в 450" (11,5 м). Можно считать, что последние годы новый формат вещательного и художественного телевидения UHDTV стремительно развивается. Это на самом деле два формата UHDTV1 (или 4K UHDTV) и UHDTV2 (или 8K UHDTV). Формат кадра 16:9, кадровые частоты 25, 30, 50 и 60 кадр/с . В табл. 3 приведены параметры изображения основных современных форматов телевидения.


Естественно, такое разрешение позволяет использовать большие экраны и углы просмотра.


На рис. 2 представлены эти форматы в сравнении с цифровым кино. Можно еще раз убедиться, что в случае UHDTV речь идет скорее об электронном или телевизионном кинематографе, возможно, с сетевыми вариантами online.

Перспективы форматов nK для видеонаблюдения

Перспективность подобных форматов для видеонаблюдения достаточно сомнительна. Особенно это касается формата 8К. Из приведенных выше соображений предельное разрешение для максимального удобства наблюдения, ограниченного разрешающей способностью глаза, составляет 1200–1800 элементов на все изображение по горизонтали. С учетом нового распространенного формата 16:9 это составит 1600–2400 горизонтальных элементов. Это довольно близко к существующему формату Full HD. Единственно, о чем нельзя забывать, что указываемое количество элементов относится к суммарному значению по всем цветам. В реальности же разрешение по яркости для цветного изображения несколько ниже и составляет около 0,6–0,7 максимальной величины. Это пресловутый Kell-фактор, который действителен и для камер, и для мониторов. С учетом снижения реального разрешения и в случае использования наиболее перспективного метода передачи изображения "пиксель в пиксель", мы, как ни странно, получим 4000 элементов или 4К для максимального разрешения по горизонтали и формата 16:9. Собственно, именно поэтому изображение Full HD так изумительно воспринимается на экранах "гаджетов" или мониторов в 7–10" и значительно спокойнее, если не сказать плоховато, – на мониторах 25–27". К хорошему быстро привыкаешь!

Разрешение в будущем

Увеличение разрешения "еще на одну ступень" позволит как бы забыть об ограничениях зрения и получить изображение бескомпромиссного качества. Правда уже сейчас с форматом Full HD на относительно небольших мониторах не более 15–17" и при отсутствии задач распознавания лиц в толпе, заполнившей Красную площадь, можно получить весьма качественное изображение.

Широко используемый сейчас аргумент о том, что многомегапиксельная камера заменяет несколько более скромных, практически лишен реального смысла. В конечном итоге развитие телевидения и видеонаблюдения, в частности, направлено на увеличение погонного разрешения на единицу площади кадра, а не на увеличение поля зрения за счет роста разрешения. А если и создаются подобные заменяющие системы, то это камеры кругового или секторального наблюдения с нестандартным вытянутым кадром и разрешением в 200 и более мегапикселей. В таких системах весьма эффективен электронный PTZ. Но стоят они как очень большая и очень "многокамерная" система наблюдения.

Можно констатировать, что разрешение передачи изображения будет увеличиваться вне зависимости от нашего желания и даже потребности, поскольку это общий "тренд" развития как такового. А маркетинг с рекламой докажут нам, что без этого просто невозможно!

Опубликовано: Каталог "Системы цифровой видеорегистрации (DVR)" #2, 2013
Посещений: 19967

  Автор

Чура Н.И.

Чура Н.И.

Технический консультант ООО "Система СБ" и ООО "Микровидео /Группа".

Всего статей:  57

В рубрику "Видеорегистрация (DVR)" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций