Законы восприятия и принципы проектирования систем видеонаблюдения

Госзакупки Обслуживание Монтаж Статьи Контакты

Онлайн-заявка

sales@alti-group.ru

Каталог

8 (800) 775-26-33

звонок по России бесплатный

Современные системы видеонаблюдения всё чаще проектируются не по инженерной логике, а под влиянием рыночных стереотипов. Между тем, эффективность наблюдения определяется не количеством камер и не их разрешением, а законами человеческого восприятия и правильной организацией полей зрения. В статье рассматриваются реальные принципы проектирования систем видеонаблюдения, основанные на оптических закономерностях, ограничениях человеческого фактора и инженерных расчётах.

Время чтения: 20 минут

29.12.2025

# Видеонаблюдение

Рыночные стереотипы и реальные задачи видеонаблюдения

Наверное, самый первый вопрос, возникающий у потребителя, сколько камер ему необходимо для оснащения его объекта?

У рынка ответ очевиден – чем больше, тем лучше! Столько, на сколько хватает денег, потому что на безопасности экономить нельзя. Тут все понятно – чем больше камер будет продано, тем рынку лучше.

Второй вопрос, который возникнет – какие должны быть камеры? Ответ рынка снова предсказуем – самые передовые, с максимально высоким разрешением, да еще с ИК подсветкой на борту. И опять рынок вполне можно понять – чем камеры будут дороже, тем, скорее всего, прибыль у рынка будет больше.

Но…, если следовать призывам рынка, очень велика вероятность не получить желаемое вовсе, при этом отдав значительные деньги. Поэтому, и потребителю, и инсталлятору необходимо иметь собственное мнение, основанное на собственных знаниях, а не слепо идти на поводу рыночных предложений.

Настало время применить полученные в предыдущих темах базовые знания на практике и понять основные принципы построения системы.

Если конечная цель – продемонстрировать «беспрецедентные» предпринятые меры безопасности, то первое предложение рынка имеет полное право на жизнь. Именно в таком виде эти меры приобретают максимально наглядный вид. Если стоит цель максимально освоить выделенные средства, то и второе предложение будет оправданным.

Если цель – максимально облегчить процесс сыска и следствия по уже свершившемуся событию, можно действительно устанавливать любое количество камер столь высокого разрешения, на сколько хватит денег.

Только к безопасности это не будет иметь никакого отношения (см. тему «Безопасность – что мы под ней понимаем»). Если же цель – своевременно обнаружить и успешно предотвратить опасность, то все будет очень конкретно и очень понятно.

Роль человеческого фактора в проектировании систем наблюдения

Итак, камер должно быть не столько, на сколько хватает денег, а столько, сколько в состоянии одновременно контролировать выделенный для этих целей человеческий фактор. На заре рынка эти исследования специально проводились именитыми брендами, в частности, «Sony» и «Philips».

Сегодня никто эти данные широко не объявляет, поскольку это идет вразрез с желаниями рынка, хотя результаты этих исследований совершенно конкретные и полностью совпадают.

Внимание! Подготовленный оператор (специально подготовленный, а не случайный студент или пенсионер на подработке) в состоянии одновременно контролировать 6 – 8 изображений. И это очень напряженная работа. Когда казино были повсеместно и массово оснащались видеонаблюдением, один оператор никогда не брал на себя более 6 изображений (любое упущение могло быть непосредственно связано с очень большими убытками). При этом он работал стоя, а не сидя, и менялся через каждые 2 часа.

Сколько есть этого «человеческого фактор»? Вот из этого аргумента и надо исходить. Увеличить человеческий фактор на одну единицу – это существенно дороже, чем увеличить количество камер в системе еще на 6-8 штук. Но «повесить» на одного оператора не 8, а 16 камер – это просто зря потратить деньги, если говорить о безопасности, то есть вовремя заметить и своевременно отреагировать, чтобы предотвратить, а не просто предоставить запись для расследования успешно реализовавшейся опасности. Так что в реальности приходится, напротив, стремиться к минимизации количества камер.

Второй момент – «качество» самих видеокамер.

Почему высокое разрешение не делает систему лучше

Рынок будет всячески расхваливать свои предложения, как последние достижения. На нашем рынке нет камер по-настоящему последних достижений. Более того, это было бы глупо применять такую технику, потому что заложенное в подобную аппаратуру качество оказалось бы просто не востребованным. Достаточно просто набрать в интернете «видеокамеры для профессиональной съемки» и увидеть цены, которые начнутся для самых дешевых предложений примерно от миллиона рублей.

На нашем рынке в принципе не требуется никакого профессионального качества видеоизображения. Качество определяется исключительно полнотой решения потребительской задачи при минимизации расходов на такое решение.

Один из главных обманов рынка видеонаблюдения – прямая зависимость «качества» камеры от ее разрешающей способности. Вопрос формата матрицы при предлагаемом разрешении оставим «за кадром». Среди камер для видеосъемки даже среднего уровня такой формат вообще не считается приемлемым.

Самое главное, что рынок сформировал у потребителя устойчивое мнение, что, чем выше показатель разрешающей способности, тем больше можно такой камерой увидеть. В результате клиент искренне считает, что если установить для контроля дворовой территории одну камеру с разрешающей способностью 4К, то можно будет наблюдать одновременно все и при этом читать номера машин, различать лица и т.п.

Это главный мотив продвижения IP-видеонаблюдения, которое так легко оказалось принято рынком, несмотря на очень существенные объективные ограничения в части конечных потребительских свойств и высокой цены решений. Во всяком случае, при широчайшем применении видеонаблюдения на СВО никаким «IP» там и не пахнет. Там оно просто неприемлемо. Но разрешения при этом вполне хватает.

Вот это опасное заблуждение нуждается в разоблачении, чтобы потребитель, будучи в неведении, не оказался в заложниках рынка.

Поле зрения — ключевой параметр распознавания

Развитие видео технологий в сторону увеличения разрешающей способности преследовало цель приблизить видео к пленочному кинематографу по разрешающей способности, поскольку видеосъемка несравненно дешевле киносъемки, а фильм изначально предназначен для демонстрации на большом экране. Демонстрируя достигнутое разрешение 8К, фирма “Samsung” вместе с камерой привезла на выставку в Лос-Анжелес экран с диагональю 12 метров.

Если говорить о прямом видеонаблюдении (что и отвечает задачам безопасности), то мы неизбежно упремся в пределы восприятия человеческого глаза - то максимальное разрешение, выше которого наш глаз уже перестает воспринимать дальнейшую детализацию, отнесенную к площади рассматриваемого изображения. Как ранее указывалось, если на экране 17-дюймового монитора развернуть фотографию с разрешением 0,8 МП, то никакой разницы с вариантами 5МП, 10МП…мы не увидим. В фотографии высокое разрешение совершенно честно оправдано тем, что для конечного варианта фото необходим не весь кадр, а какая-то его часть, которая должна иметь максимальное для восприятия глаза разрешение в конкретном требуемом формате отображения. Чем выше разрешение исходного кадра, тем на большем формате и меньшая его часть может быть представлена.

А еще имеет смысл задуматься, почему отцы телевидения взяли за базу конкретное разрешение – 550 ТВЛ для стандарта PAL, что обеспечивается спектром видеосигнала 50 Гц – 6 МГц. Вероятно, могли бы еще поднапрячься и расширить спектр до 7-8 МГц, что увеличило бы разрешение. А причина все та же – для массового по тем временам формата экрана телевизора такое разрешение было предельным для восприятия. Тем более при чересстрочной развертке.

Итак, есть предельно воспринимаемое глазом разрешение для конкретного формата изображения. А далее степень распознаваемости (идентификации) объекта наблюдения будет зависеть от соотношения масштабов самой сцены и ее изображения. В видеонаблюдении оперируют термином «поле зрения» - ширина сцены, которая отображается во всю ширину (высоту, диагональ) экрана. И ранее мы приводили данные для изображения с диагональю 12 дюймов : заметить человека – 50 метров, опознать знакомого человека – 5 метров, незнакомого 2 метра, читать номер автомобиля – 2,5 метра.

Если монитор имеет диагональ 12”, то можно сколько угодно увеличивать разрешение, но это никак не скажется на какой-либо детализации изображения в сравнении с 720х576 pix . Все будет зависеть исключительно от поля зрения S. Будет оно 2,5 метра, можно будет прочесть автомобильный номер. Будет 50метров – максимум, можно заметить человека. Другое дело, что на очень большом экране при большом формате всего изображения и его высоком разрешении можно в любом месте условно выделить некий прямоугольник с диагональю 12”, и если в нем окажется не менее, чем 720х576 пикселов, то именно в нем будет действовать закон ширины поля зрения. Будет в нем 2 метра – можно в этом прямоугольнике опознать незнакомого человека. (Рис.1)

Если в этом «окошке» ширина поля зрения окажется более 2 метров, опознать незнакомого человека не получится.

На относительно малой диагонали экрана никакого ощутимого приращения распознаваемости мы не получим. Смысл высокого разрешения состоит в том, чтобы наблюдать достаточно большую сцену на большом формате так, чтобы какой-то предметный объект имел достаточно малое поле зрения при максимальном для человеческого глаза разрешении.

В принципе, разрешение Full HD начинает быть видно при диагонали экрана не менее 27”, а 4К – начиная с 39”.

Вы не увидите в продаже телевизор, на котором бы было указано «4К» с диагональю менее 39 “. Зато на рынке видеонаблюдения вовсю предлагаются видеодомофоны с разрешением 4К. Можно было бы смело написать и 8К. Все равно никакой разницы даже с 720х576 никто не увидит.

А теперь давайте проанализируем, какого формата мониторы будут использоваться в вашем видеонаблюдении. А точнее, форматы «картинок». У нас и без того дефицит человеческого фактора. Если перед каждым оператором установить по 6 мониторов с диагональю даже 27 дюймов, ему придется, как минимум, очень быстро крутить головой, чтобы видеть всю информацию, которую надо видеть одновременно. Прикиньте, какой общий формат займут 6 (а то и 8) изображений с диагональю хотя бы 12 дюймов. И все встанет на свои места – главный критерий распознаваемости – поле зрения.

Конечно, для видеозаписи чем больше разрешение, тем лучше, потому что возможно сделать электронное увеличение любой сцены, уменьшая поле зрения и при этом уменьшая разрешение наблюдаемого изображения до предельно различимого. И возможно, поле зрения окажется даже еще меньше, и тогда деталей будет еще больше. Но запись – это уже не безопасность.

Можно воспользоваться электронным увеличением и непосредственно в процессе наблюдения.

Но:

Это - потеря времени, которого может и не быть в должном количестве, если требуется быстрая реакция на событие.
Это – уменьшение зоны обзора самой камеры и потеря всего остального видеоконтроля, если подобной детализацией не занимается отдельный оператор. Это же относится к использованию управляемых камер.

Теперь о том, как «расставлять» камеры по объекту.

Практическая организация зон контроля

Самое первое, о чем стоит помнить – камера никогда не должна быть направлена на солнце во время всего светового дня и в любое время года. Помните фото в начале разговора о фокусном расстоянии? Камера в абсолютном большинстве случаев настроена на бесконечность. А, значит, матица находится в точке фокуса. Она может просто задымиться, как картон на фото.

Зона обзора видеокамеры массово воспринимается в виде некоего угла сколь угодно какой протяженности. Между тем, любая зона обзора представляет собой треугольник совершенно конкретных размеров. (Ри.2)

Угол обзора образует боковые стороны равнобедренного треугольника, а его основанием является предельное поле зрения в зависимости от задачи идентификации. Как мы помним, что и как увидит камера, определяет объектив. И выбор объектива – это всегда некий компромисс между углом обзора, который хочется всегда сделать, как можно шире, и полем зрения, которое с увеличением угла стремительно растет, а, значит, падает распознаваемость.

Можно для каждой камеры определить степень распознаваемости в зависимости от удаленности объекта. Для L1 имеем поле S1, для L2 – S2. Любая камера в зависимости от удаленности объекта имеет и полный набор полей зрения. Камера, призванная заметить человека, способна прочесть и номер автомобиля, но номер для этого, может так оказаться, должен находиться в метре от самой камеры.

Возможные варианты:

Есть фиксированное место, где можно установить видеокамеру. И максимальная дистанция L1, на которой должна быть обеспечена заданная степень идентификации, т.е. поле зрения S1. Тогда можно вычислить угол обзора β объектива, от которого напрямую зависит его фокусное расстояние в зависимости от формата матрицы. Но проще всего фокусное расстояние определяется с помощью специального калькулятора. Таких калькуляторов на просторах интернета великое множество. Достаточно вписать в соответствующие поля имеющиеся данные и получить тут же искомые. Все, что ближе (L2
Есть возможность выбрать место установки камеры по отношению к объекту. В этом случае камера устанавливается на максимально близком возможном расстоянии. Также, задаваясь необходимым полем зрения, определяем угол обзора, а через него фокусное расстояние объектива. В этом случае получим наибольший возможный угол зрения.
Задан условиями объекта угол обзора и возможные места установки. Типичный случай – просмотр фасада здания с самого фасада с заданной шириной полосы просмотра прилегающей территории. В этом случае в зависимости от угла определяем фокусное расстояние объектива и определяем, на каком расстоянии поле зрения превысит допустимое значение – наступит потеря распознаваемости. Если этого расстояния недостаточно, устанавливается дополнительная камера. Возможно, что со встречного направления.

Отдельного внимания заслуживают камеры контроля периметра (Рис.3)

Периметры, как правило, большие – протяженность измеряется сотнями метров. И с точки зрения уменьшения количества необходимых камер, и с точки зрения оптимальных условий монтажа и прокладки коммуникаций в абсолютном большинстве случаев камеры устанавливаются вдоль периметра. С целью минимизации общего количества камер и, в то же время, обеспечения сохранности самих камер, максимальное расстояние выбирается, исходя из принципа «камера «видит» камеру». Из многочисленного опыта – камеры устанавливаются через 100 метров, при этом фокусное расстояние f выбирается равным 12 мм. Угол обзора по горизонтали для формата матрицы 1/3” составляет 220. Поле зрения по горизонтали /вертикали на удалении 100 метров от камеры составляет 40/30 метров. Вполне достаточно, чтобы обнаружить человека и даже контролировать достаточно широкую полосу – по 20 метров с каждой стороны периметра. Но необходимо учитывать целый ряд моментов. Поскольку 100 метров для f=12 мм это «бесконечность», фокус объектива будет находиться на матрице, и вся сцена в непосредственной близости от камеры окажется не в резкости. По крайней мере, до расстояния от камеры в 5 метров (400-кратное превышение фокусное расстояния).

На расстоянии в 110 метров от камеры поле зрения составит уже Smax 50/40 метров – предел обнаружения человека. На удалении 10 метров от следующей камеры, которую видит сзади стоящая камера, поле зрения составит S min 4х3 метра. В этой точке одна камера передает «эстафету» следующей. То есть, общая зона контроля оказывается вовсе не однородной по ширине, а изменяется от 4 метров до 50-ти. Четыре метра – это уже всего по 2 метра с каждой стороны периметра. Если предположить, что нарушитель периметра знаком с нашими заключениями, пересекать периметр он будет именно в точке самой узкой полосы контроля – 4 метра. От времени возможного пересечения будет зависеть и вероятность обнаружения. Поэтому, помимо системы видеонаблюдения стоит позаботиться о дополнительных мерах, увеличивающих время проникновения. Например, поставить достойный забор. По крайней мере проинформировать заказчика о целесообразности таких дополнительных мер.

Если человеческий фактор позволяет, можно сократить расстояние между камерами до 50 метров, применив объективы с f=6 мм. Количество камер удвоится. Наименьшее поле зрения составит S min= 8 метров.

Но в любом случае, периметр – это тот объект, для которого непрерывность наблюдения абсолютно всех камер имеет особую актуальность, поскольку пересечение происходит поперек оптической оси с минимальным временем нахождения объекта в зоне контроля.

Управляемые камеры и ошибки эксплуатации

Попутно остановимся на достаточно частом заблуждении относительно применения объективов с т.н. моторизованным зумом – дистанционным управлением фокусным расстоянием. Достаточно часто встречаются подобные пожелания, касаемые стационарных камер. Бытует мнение, что, увеличивая фокусное расстояние, можно более детально рассмотреть некое привлекшее внимание событие.

Масштаб изображения действительно будет меняться. Но, строго по главной оптической оси. Если объект наблюдения находится непосредственно на оптической оси, его масштаб действительно будет меняться. Если же он смещен относительно нее, то по мере увеличения масштаба будет перемещаться к краю экрана и просто выпадать за его границы тем раньше, чем дальше объект находился или находится от главной оси объектива. Вряд ли какой-то злодей будет неподвижно стоять точно на оптической оси, даже, если он на ней случайно оказался. А, значит, он просто исчезнет из поля зрения, как только увеличится фокусное расстояние. На самом деле моторизованные вариофокальные объективы применяются для изменения фокусного расстояния камеры исключительно в момент ее настройки на нужное фокусное расстояние один раз, и после этого линия управления либо отключается, либо надежно блокируется от каких-либо попыток чьих-то самостоятельных управляющих действий.

Что же касается трансфокаторов – по сути тех же моторизованных зумов, но с большим диапазоном изменений фокусных расстояний, - применяются они исключительно совместно с поворотными устройствами, позволяющими изменять направление главной оптической оси, направляя ее на объект наблюдения.

Вся схема построения необходимых зон обзора с требуемым уровнем идентификации реализуется вполне конкретными настройками видеокамер по направлению обзора и выбранному фокусному расстоянию. И любое вмешательство в эти настройки неизбежно ломает изначально предусмотренную схему, а значит, вносит изменения в конечные потребительские функции. Поэтому, любые управляемые камеры должны рассматриваться исключительно, как дополнительные.

Что же касается видеокамер, предназначенных исключительно для видео регистрации, их может быть сколько угодно, устанавливаться они могут где угодно (если не понравится, можно переставить в другое место), параметры их могут быть какие угодно в зависимости от частной конкретной задачи, потому что к безопасности регистрация отношения не имеет.

Законы восприятия и принципы организации видеонаблюдения