Kuvataajuusopas videovalvontaan

Oikean kuvataajuuden valitseminen sovellukseesi on tärkeää, mutta sen ymmärtäminen, milloin pitäisi käyttää 10 tai 15 tai 20 tai 30 tai jopa 60 kuvaa sekunnissa, voi olla epäselvää.

Tässä oppaassa selvitämme:

• Millä nopeudella ihmiset liikkuvat ja miten se vertautuu kuvataajuuteen.
• Kävely: Millaisia riskejä sinulla on, kun kaappaat henkilön kävelemässä nopeuksilla 1, 10 ja 30 FPS.
• Juoksu: Mitä riskejä sinulla on vangitsemalla henkilö juoksemassa 1, 10 ja 30FPS:llä.
• Pään kääntäminen: Kuinka monta selkeää päänkäännöskuvaa saat henkilöstä 1, 10 ja 30FPS:llä.
• Korttien pelaaminen: Mitä kaipaat kuvatessasi korttien jakamista 1, 10 ja 30FPS:llä.
• Suljin vs. kuvataajuus:
• Kaistanleveys vs. kuvataajuus:
• Keskimääräiset käytetyt kuvataajuudet: Mikä on alan keskiarvo?

Ennaltaehkäisevästi sinun on tiedettävä kohteiden, tyypillisimmin ihmisten, nopeus.

Ihmisten nopeus

Mitä nopeammin objekti liikkuu, sitä todennäköisemmin missaat toiminnan. Tiedät ”nopeuden” kuvataajuuden avulla (1 kuva sekunnissa, 10 kuvaa sekunnissa, 30 jne.), mutta kuinka monta kuvaa tarvitset luotettavaan kuvaukseen?

Henkilö, joka kävelee leppoisaa vauhtia, kulkee ~4 jalkaa sekunnissa ja kävelee tämän 20′ leveän FoV:n läpi ~5 sekunnissa:

Henkilön juostessa kohteensa läpäisee 20′ FOV:n ~1.5 sekuntia, mikä tarkoittaa, että hän kulkee ~16′ yhdessä sekunnissa:

Henkilö liikkuu esim. vain yhden kuvan sekunnin välein, mutta hän liikkuu tuossa aikavälissään helposti 4-16 jalkaa. Meidän on pidettävä tämä mielessä, kun arvioimme kuvataajuuden valintaa.

Kävelyesimerkkejä

Kun kohteemme kävelee FOV:n läpi, näemme, kuinka pitkälle hän liikkuu kuvasta toiseen. 30 FPS-virrassa hän ei tee täyttä askelta, vaan liikkuu vain muutaman sentin kuvien välillä.

10 FPS-virrassa hän on liikkunut muutaman sentin enemmän, mutta hänet on silti kuvattu samalla askeleella.

Mutta 1 FPS:n esimerkissä hän on edennyt ~4′ kuvien välillä, mikä vastaa mittaamaamme kävelynopeutta ~4′ sekunnissa.

Juoksuesimerkkejä

Kohteemme juoksee FOV:n läpi sprintaten, mutta 30 FPS:n striimissä hän pysähtyy silti kesken askeleen:

Vaikka 10 FPS:n striimissä hän on kulkenut ~2-3′ ruutujen välillä.

Mutta 1 FPS:n esimerkissä kohde tyhjentää lähes koko kuvakentän kuvien välillä, ja vain osa hänen vartalostaan on näkyvissä, kun hän astuu sisään vasemmalta, ja hänen takajalkansa on näkyvissä, kun hän poistuu.

Tässä 1 FPS:n esimerkissä kohteesta otetaan vain yksi kuva, ja hän tyhjentää loput kuva-alasta kuvien välillä, ja toisessa kuvassa näkyy vain hänen takajalkansa.

IPVM-kuva

Kasvojen kuvaaminen

Kaikkien kasvojen kuvaaminen

Kirkkaan kasvokuvan saaminen voi olla hankalaa, kun ihmiset liikkuvat, koska he luonnostaan siirtelevät päätään usein. Tässä demonstraatiossa annoimme kohteen ravistaa päätään edestakaisin kävelemällä käytävää pitkin osoittaaksemme eri kuvataajuuksien vaikutuksen. Katso:

Huomaa, että 1 FPS:n nopeudella saadaan vain 1-2 selkeää pääkuvaa, mutta 10 FPS:n nopeudella saadaan paljon enemmän. Lopuksi, 30 FPS:llä saat ehkä yhden tai kaksi lisää, mutta se ei ole suuri parannus.

Pelikortit

Testissä kohteemme jakoi sarjan pelikortteja ässästä viiteen, kun kamera oli asetettu oletussulkimen nopeudelle (1/30).

30 ja 10 FPS:n esimerkeissä näemme jokaisen kortin, kun se poistetaan pakan päältä ja asetetaan pöydälle. Kuitenkin 1 FPS:n esimerkissä näemme vain kortit, jotka ilmestyvät pöydälle, emme jakajan liikkeitä, koska kuvanopeus on liian alhainen.

Sulkimen nopeus vs. kuvanopeus

Kuvanopeus ei aiheuta epätarkkuutta. Tämä on väärinkäsitys. Kameran automaattinen suljinnopeuden säätö aiheuttaa sen.

Käsittelemällä jälleen kortteja Ace – 5 nostimme kameran pienimmän suljinnopeuden 1/4000 sekuntiin. Alla olevassa kuvassa verrataan jakajan käden ja kortin liikesumua, ja kortti 2 on paljon paremmin luettavissa nopean suljinnopeuden esimerkissä.

1/4000s suljinnopeus poisti täysin kaikki liikesumun jäljet. 1/1000 ja 1/2000 sekunnin suljinnopeudet vähentävät sumeutta merkittävästi, mutta sitä oli edelleen havaittavissa jakajan sormien ja korttien reunojen ympärillä, kun tallenteita katsottiin ruutukohtaisesti.

Jos sumeutta esiintyy, kyseessä on suljinnopeuden konfigurointiongelma, ei kuvataajuusongelma.

Hidas suljin ja kuvataajuus

Toisella puolella joskus käyttäjät haluavat tai kameranvalmistaja olettaa maksimisuljinajan hitaammalle nopeudelle kuin kuvataajuus on (esim, 1/4s suljin 1/30s kameralle). Tämä ei ainoastaan aiheuta liikkuvien kohteiden epätarkkuutta, vaan menetät myös kuvia.

Kuvanopeus sekunnissa ei voi koskaan olla suurempi kuin valotusten määrä sekunnissa. Jos sinulla on 1/4s suljin, suljin / valotus avautuu ja sulkeutuu vain 4 kertaa sekunnissa (eli 1/4s + 1/4s + 1/4s + 1/4s + 1/4s = 1s). Koska tämä tapahtuu vain 4 kertaa, voit saada vain 4 kuvaa tuossa sekunnissa.

Jotkut valmistajat väärentävät kuvia hitaalla sulkimella kopioimalla yksinkertaisesti saman kuvan uudelleen ja uudelleen. Jos sinulla on esimerkiksi 1/15s suljin, sinulla voi olla vain 15 valotusta ja siten 15 kehystä. Jotta näyttäisi siltä, että sinulla on 30 kuvaa, jokainen kuva voidaan lähettää kahdesti peräkkäin.

Kaistanleveys vs. kuvataajuus

Kuvataajuus vaikuttaa kaistanleveyteen, mutta nykyaikaisissa koodekeissa, kuten H.264:ssä ja H.265:ssä, vaikutus on vähemmän kuin lineaarinen. Jos siis kasvatat kehysnopeutta 10-kertaiseksi (esim. 1 FPS:stä 10 FPS:ään), kaistanleveyden kasvu on todennäköisesti paljon vähäisempää, usein vain 2-3-kertainen kaistanleveyden lisäys. Tämä on asia, jonka näemme erehtyvän säännöllisesti teollisuudessa.

Syy tähän on kehysten välinen pakkaus, joka vähentää kaistanleveyden tarvetta kohtausten osissa, jotka pysyvät samoina eri kehysten välillä (lisätietoja kehysten välisestä ja kehysten sisäisestä pakkauksesta on CODEC-oppaassamme).

Tämän näkökohdan havainnollistamiseksi otimme mittauksia, joissa mitattiin bittinopeuden muutoksia 30, 10 ja 1 FPS:n nopeuksilla valvotussa ympäristössä kokoushuoneessamme. Keskimääräiset bittinopeudet olivat seuraavat:

• 1 FPS oli 0,179 Mb/s
• 10 FPS, jossa oli 10x enemmän kehyksiä, kulutti 4x enemmän kaistanleveyttä kuin 1 FPS (0,693 Mb/s)
• 30 FPS, jossa oli 3x enemmän kehyksiä, kulutti kaksinkertaisen kaistanleveyden 10 FPS:n kaistanleveyteen nähden ja, jossa oli 30x useampia kehyksiä, 7x suuremman kaistanleveyden kuin 1 FPS:n kaistanleveyteen nähden (1.299 Mb/s)

Nämä mittaukset tehtiin 1 I kuvan sekuntinopeudella, joka on yleisin asetus ammattimaisessa videovalvonnassa (lisätietoja tästä on osoitteessa: Test: H.264. I vs. P Frame Impact).

Katso lisää tästä raporteistamme, joissa testataan kaistanleveyttä vs. kuvataajuus ja 30 vs. 60 FPS.

Keskimääräiset käytetyt kuvataajuudet

Keskimääräinen kuvataajuus teollisuudessa on ~15 FPS, mikä kuvastaa sitä, että tällä tasolla saadaan tarpeeksi kuvia useimpien toimintojen rakeiseen tallentamiseen ja samalla minimoidaan tallennuskustannukset.

Kuten edellisessä jaksossa osoitettiin, siirtyminen 10 FPS:stä tai 15 FPS:stä 30 FPS:ään voi lisätä tallennuskustannuksia huomattavasti, mutta parantaa kaapattujen yksityiskohtien tallennusjälkeä vain vähän. Tämä keskiarvo on noussut 10 – 15 FPS:stä viime vuosina, ja monet vetoavat pakkauksen parantumiseen ja edullisempaan tallennustilaan.