Guide de la fréquence d’images pour la vidéosurveillance

Choisir la bonne fréquence d’images pour votre application est important mais comprendre quand vous devez utiliser 10 ou 15 ou 20 ou 30 ou même 60 images par seconde peut être peu clair.

Dans ce guide, nous expliquons :

• À quelle vitesse les gens se déplacent et comment cela se compare aux fréquences d’images.
• La marche : Quels risques avez-vous de capturer une personne qui marche à 1, 10 et 30FPS.
• Course : Quels risques avez-vous à capturer une personne qui court à 1, 10 et 30FPS.
• Tourner la tête : Combien de prises de vue claires de la tête d’une personne à 1, 10 et 30FPS.
• Jouer des cartes : Qu’est-ce qui vous manque pour capturer des cartes en train d’être distribuées à 1, 10 et 30FPS.
• Vitesse d’obturation vs fréquence d’images : Comment ces deux éléments sont-ils liés?
• La bande passante par rapport à la fréquence d’images : De combien la bande passante augmente-t-elle avec l’augmentation du taux de trame?
• Taux de trame moyen utilisé : Quelle est la moyenne de l’industrie?

Comme précurseur, vous devez connaître la vitesse des objets, le plus souvent des personnes.

Vitesse des personnes

Plus un objet se déplace rapidement, plus vous avez de chances de manquer une action. Vous connaissez la  » vitesse  » avec le taux d’images (1 image par seconde, 10 images par seconde, 30, etc.), mais de combien d’images avez-vous besoin pour une capture fiable ?

Une personne qui marche à un rythme tranquille couvre ~4 pieds par seconde, traversant ce FoV de 20′ de large en ~5 secondes :

Pour une personne qui court, notre sujet traverse le FOV de 20′ en ~1.5 secondes, ce qui signifie qu’il couvre ~16′ en une seule seconde:

Par exemple, si vous n’avez qu’une image par seconde, une personne peut facilement se déplacer de 4 à 16 pieds dans ce laps de temps. Nous devons garder cela à l’esprit lorsque nous évaluons la sélection de la fréquence d’images.

Exemples de marche

Alors que notre sujet marche dans le FOV, nous visualisons la distance qu’il parcourt d’une image à l’autre. Dans le flux de 30 FPS, il n’effectue pas une foulée complète, se déplaçant seulement de quelques centimètres entre les images.

Dans le flux de 10 FPS, il s’est déplacé de quelques centimètres supplémentaires, mais est toujours capturé dans la même foulée.

En revanche, dans l’exemple à 1 FPS, il a progressé de ~4′ entre les images, ce qui correspond à notre vitesse de marche mesurée de ~4′ par seconde.

Exemples de fonctionnement

Alors que notre sujet sprinte à travers le FOV, le flux de 30 FPS le rattrape toujours à mi-parcours :

Alors que dans le flux de 10 FPS, il a progressé de ~2-3′ entre les images.

Toutefois, dans l’exemple à 1 FPS, le sujet dégage presque tout le champ de vision entre les images, avec seulement une partie de son corps visible lorsqu’il entre sur la gauche et son pied arrière visible lorsqu’il sort.

Dans l’exemple à 1 FPS, une seule image du sujet est capturée, avec lui dégageant le reste du FOV entre les images, avec seulement son pied arrière visible dans la deuxième image.

Capturer les visages

Essayer d’obtenir une prise de vue claire du visage peut être difficile lorsque les gens bougent car ils bougent naturellement leur tête fréquemment. Dans cette démonstration, nous avons demandé au sujet de secouer sa tête d’avant en arrière en marchant dans un couloir pour montrer l’impact des différentes fréquences d’images. Jetez un coup d’œil:

Notez qu’à 1 FPS, seulement 1 ou 2 photos claires de la tête sont capturées, mais à 10 FPS, vous en obtenez beaucoup plus. Enfin, à 30 FPS, vous pouvez en obtenir une ou deux de plus, mais ce n’est pas une grande amélioration.

Jouer des cartes

Dans ce test, notre sujet a distribué une série de cartes à jouer de l’as au cinq avec l’appareil photo réglé sur la vitesse d’obturation par défaut (1/30).

Dans les exemples à 30 et 10 FPS, nous pouvons voir chaque carte lorsqu’elle est retirée du haut du jeu et placée sur la table. Cependant, dans l’exemple à 1 FPS, nous ne voyons que les cartes qui apparaissent sur la table, et non les mouvements du croupier, car la fréquence d’images est trop faible.

Vitesse d’obturation par rapport à la fréquence d’images

La fréquence d’images ne provoque pas de flou. Il s’agit d’une idée fausse. Le contrôle automatique de la vitesse d’obturation de l’appareil photo le fait.

En traitant à nouveau les cartes Ace à 5, nous avons augmenté la vitesse d’obturation minimale de l’appareil photo à 1/4000 de seconde. L’image ci-dessous compare le flou de mouvement dans la main et la carte du croupier, la carte 2 étant beaucoup plus lisible dans l’exemple à vitesse d’obturation rapide.

La vitesse d’obturation de 1/4000s a complètement éliminé toute trace de flou de mouvement. Les vitesses d’obturation de 1/1000 et 1/2000 de seconde réduisent significativement le flou, mais il était encore perceptible autour des doigts du croupier et des bords des cartes lorsqu’on regardait les enregistrements image par image.

Si vous avez du flou, vous avez un problème de configuration de la vitesse d’obturation, pas un problème de fréquence d’images.

Obturation lente et fréquence d’images

D’un autre côté, parfois les utilisateurs veulent ou les fabricants d’appareils photo mettent par défaut leur obturation maximale à une vitesse plus lente que la fréquence d’images (par ex, un obturateur 1/4s pour une caméra 1/30s). Non seulement cela provoque un flou des objets en mouvement, mais vous perdez également des images.

Le taux d’images par seconde ne peut jamais être supérieur au nombre d’expositions par seconde. Si vous avez un obturateur 1/4s, l’obturateur / l’exposition ne s’ouvre et ne se ferme que 4 fois par seconde (c’est-à-dire 1/4s + 1/4s + 1/4s + 1/4s = 1s). Comme cela ne se produit que 4 fois, vous ne pouvez avoir que 4 images dans cette seconde.

Certains fabricants falsifient les images avec un obturateur lent, en copiant simplement la même image encore et encore. Par exemple, si vous avez un obturateur 1/15s, vous ne pouvez avoir que 15 expositions et, par conséquent, 15 images. Pour faire croire que vous avez 30 images, chaque image peut être envoyée deux fois de suite.

La bande passante par rapport au débit d’images

Le débit d’images a un impact sur la bande passante, mais pour les codecs modernes, comme H.264 et H.265, il est moins que linéaire. Ainsi, si vous augmentez le taux de trame de 10x (par exemple, de 1 à 10 FPS), l’augmentation de la bande passante est susceptible d’être bien moindre, souvent seulement 2 à 3 fois plus de bande passante. C’est quelque chose que nous voyons malencontreusement régulièrement dans l’industrie.

La raison en est la compression inter-image, qui réduit les besoins en bande passante pour les parties de scènes qui restent les mêmes d’une image à l’autre (pour en savoir plus sur la compression inter et intra-image, voir notre tutoriel CODEC).

Illustrant davantage ce point, nous avons pris des mesures à 30, 10 et 1 FPS pour démontrer le changement de débit binaire dans un cadre contrôlé dans notre salle de conférence. Les débits moyens étaient les suivants :

• 1 FPS était de 0,179 Mb/s
• 10 FPS, avec 10x plus d’images, consommait 4x plus de bande passante que 1 FPS (0,693 Mb/s)
• 30 FPS, avec 3x plus d’images, consommait le double de la bande passante de 10FPS et, avec 30x les images, 7x la bande passante de 1FPS (1.299 Mb/s)

Ces mesures ont été effectuées avec 1 I trame par seconde, le paramètre le plus courant en vidéosurveillance professionnelle (pour en savoir plus, voir : Test : H.264. I vs P Frame Impact).

Pour en savoir plus, consultez nos rapports testant la bande passante par rapport au taux de trame et 30 vs 60 FPS.

Taux de trame moyen utilisé

Le taux de trame moyen de l’industrie est de ~15 FPS, ce qui reflète que ce niveau fournit suffisamment de trames pour capturer la plupart des actions de manière granulaire tout en minimisant les coûts de stockage.

Comme le montre la section précédente, passer de 10FPS ou 15 FPS à 30FPS peut augmenter notablement les coûts de stockage mais n’améliorer que marginalement les détails capturés. Cette moyenne est passée de 10 à 15 FPS au cours des dernières années, beaucoup citant les améliorations de la compression et un stockage plus abordable.