碰到這類問題,我們常常都不太好回答。首先是鏡頭看多遠(yuǎn)的問題,因看多遠(yuǎn)的問題,與目標(biāo)物的大小及用戶最終能接受的顯示圖像的大小有關(guān),所以一般情況下也只能模糊的回答。其次鏡頭究竟能看多清,我們也不好直接回答,一般也是主觀上認(rèn)為這樣可以了,但沒具體的數(shù)據(jù)來表達(dá)。其實,鏡頭看多遠(yuǎn)與看多清兩者是相互影響與制約的,同樣焦距情況下,看遠(yuǎn)了,圖像就變小了,相應(yīng)目標(biāo)從畫面上感覺就沒那么清晰了,盡管此時從圖像上看是聚焦清楚的。距離近了,圖像就變大了,隨之感覺分辨目標(biāo)細(xì)節(jié)的能力也提升了,所以也感覺更清晰了。對鏡頭看多遠(yuǎn)與多清的問題,我們在具體應(yīng)用環(huán)境中需客觀去對待,并與我們下面的討論相對應(yīng),以達(dá)到我們實際的應(yīng)用要求就可以了。當(dāng)然,鏡頭看多清的問題還有兩個制約因素,就是攝像機(jī)的分辨率與鏡頭的分辨率要相匹配,若不匹配,也會影響到最終的成像效果。
針對上述問題,我們進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)不管攝像系統(tǒng)看多遠(yuǎn)或看多清,最終都與目標(biāo)物在監(jiān)視器上顯示的像素有關(guān)。另外,測試結(jié)果也會受到以下幾個條件的影響,一是人的主觀判斷因素,二是環(huán)境因素(如天氣,白天,晚上,雨霧等),三是攝像機(jī)本身的因素(不同攝像機(jī)的畫質(zhì)的表現(xiàn)不一樣)。當(dāng)我們把像素大小獨立來研究時,下面我們可以先來定義下我們對監(jiān)控目標(biāo)的幾個主要識辨的等級要求(也可稱之為目標(biāo)物的成像等級要求),以下測試活動都是在白天光線條件相對良好的情況下拍攝,攝像機(jī)為1920*1080輸出。
一,對人的識辨分為以下4級:
1,行為識辨:能看到人的活動情況,如行走坐立,運動方向等,并簡單識辨衣著顏色等信息,在一定像素范圍內(nèi),特征明顯的,可識辨性別信息。
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據(jù)實際測試與抓拍,如上幾幅圖中,當(dāng)身高像素大于20像時,可以識辨人的行為活動,如走路的方向,動作。如圖1到圖6。特征明顯點的,還可簡單分清男女。如圖5、圖6,能分清楚是女性,因圖5留了長頭發(fā),圖6也是長頭發(fā)與女性常著裝的短褲,但如圖6的穿著再中性化點,就會變得特征不明顯,就很難分出是男是女了。另外在環(huán)境條改變時,如晚上,雨霧天,所拍結(jié)果也會影響我們對性別方面的判別。另對行為狀態(tài)的判斷,一般來說順著觀察方向,距離遠(yuǎn)時會不太明顯,而與觀察方向垂直時,一般運動狀態(tài)更明顯。
2,體貌識辨:能分清性別,大概年齡段,高矮胖瘦等體貌特征
2
2.1
如上圖示,經(jīng)過我們測試觀察,當(dāng)目標(biāo)身高像素大概在60像素以上時,就基本可做到體貌識辨里的性別識,,如上圖6與圖14所示,如要判斷年紀(jì),個人感覺身高在75像素以上。如上圖9以后的畫面,就可識辨出上述是一年輕男性,體形適中。當(dāng)像素增大到140像素左右時,如是正面拍攝,就接近下一個識辨要求——人物再現(xiàn)了。
3,人物再現(xiàn):圖像達(dá)到人眼識辨人物的要求,錄像重播時,能通過人眼再次判斷是否是同一目標(biāo)人物。
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如上圖示,圖21的畫面中,通過錄像的回放,與主體比較,我們已能基本識辨出是否是同一人了,也就是說,當(dāng)人的身高像素大約在150像素以上時,通過錄像回放,就可達(dá)到人物再現(xiàn)要求。
4,智能識辨人物:能自動識辨人物
經(jīng)查資料,一般在一個視野為6米寬度的圖像中,識別人臉的有效分別率:>32x32像素。高清攝像機(jī)人臉圖像的分辨率為:<1920*(16/600)=51像素,另通過谷哥Picasa圖像軟件進(jìn)行過實測,用1920*1080的畫面抓取頭像,當(dāng)頭像分辨率大于36*44像素時,此軟件可抓取頭像,但要人工確認(rèn)是否是同一人。抓圖如圖27,而當(dāng)分辨率大于51像素時,如圖28、圖29,谷歌軟件可自動識辨記錄在庫的人員。
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二,對車的識辨分為以下4級:
1,行為識辨:能看到車的運動情況,大小型車及簡單顏色情況
如圖示:
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如上圖示,經(jīng)過測試,當(dāng)車的像素大于20*16像素以上時,可作行為識辨,此情況下可以通過錄像看到車的基本運動情況,如是否逆行,是否轉(zhuǎn)彎等狀態(tài)。
2,車型款式識辨:能分清車的類型及款式,并能基本識辨車的顏色信息,如下圖示:
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上圖中,我們認(rèn)為當(dāng)小車的像素大于55*50像素時,一般可認(rèn)出車的款式,顏色特征明顯的,可以識辨顏色,如圖5,應(yīng)該是一輛紅色大眾的出租車。但圖6車型可看出來,顏色確認(rèn)有困難,顏色特征不明顯。另此處識辨跟天氣條件相關(guān)性也大,如是雨霧天。圖5,圖6,受天氣的影響會較大,而到了圖7,一般的天氣識辨則沒問題。另此處跟攝像機(jī)的成像能力也有關(guān)系,成像效果好的識辨度會高,成像差的識辨度也會降低。
3,人眼識辨車牌:能人眼識辨車牌
以下是人眼車牌識辨測試清況:
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如上圖示,我們發(fā)現(xiàn)一般當(dāng)車牌像素大約在50*14像素時,就已處于人眼可識辨的臨界值,如上圖1可隱約認(rèn)出車牌為粵BF9527,而圖7則已無法認(rèn)出車牌,當(dāng)然,如此時圖7的數(shù)字全是1,則有可能認(rèn)出來,一般情況下,圖8已可確認(rèn)為人眼識辨的監(jiān)界值了。所以,我們可認(rèn)為車牌像素在50*14像素以上時,就可滿足人眼識辨要求了。
4,智能識辨車牌:能自動識別車牌(車牌像素達(dá)業(yè)內(nèi)默認(rèn)的40*80像素左右或大于這個值時)
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跟一些做電警類的朋友了解過,如要達(dá)到車牌智能識辨,一般車牌像素大概在80*40像素左右時或以上時。因車牌識辨包含了漢字、數(shù)字和字母的識辨,所以跟人眼識辨還是有區(qū)別的。對于車牌漢字,人眼可以看到一個輪廓就可大致判斷出是什么字,而智能識辨則要求字符特征明顯,特別是漢字部分,要求會高一些。經(jīng)過實測,一般車牌在80*40左右時,車牌字符部分都較清楚。如圖8,車牌可正確識辨為“粵B7SX61”。如圖9,因車牌像素低了些,所以漢字部分識辨有問題,但數(shù)字部分沒問題。所以圖9只能算人眼識辨范圍。
上述基本討論了鏡頭怎樣算看清的問題,下面來討論下鏡頭看多遠(yuǎn)的問題:
據(jù)以上測試研究,在實際應(yīng)用中我們會把鏡頭的焦距與物距對應(yīng)起來。在計算中,會有幾個相關(guān)參數(shù):即鏡頭的焦距,目標(biāo)物的大小,距離與成像大小,而成像大小決定了成像的清晰情況。所以,當(dāng)圖像像素一定時,總會有一個對應(yīng)的焦距與物距的組合,可以使畫面達(dá)到我們所需要的識辨要求。上述已簡單描述出了目標(biāo)圖像的大小與可識辨的程度的對應(yīng)關(guān)系,當(dāng)焦距與物距已知時,可算出成像大小,再算出對應(yīng)像素,看圖像像素會落在上述定義的哪一個區(qū)間,就可知道這個情況或環(huán)境下可達(dá)到什么樣等級的識辨要求或成像效果;當(dāng)目標(biāo)距離已知,達(dá)到的識辨等級(成像效果)也已確認(rèn),則可算出所需鏡頭的焦距;當(dāng)焦距已知,也可根據(jù)我們要求的成像像素大。ㄒ筮_(dá)到的識辨等級或成像要求),來算出看多遠(yuǎn)的問題。
據(jù)光學(xué)成像近似計算方式,我們先定義如下參數(shù):
物體標(biāo)注:
D:物距(單位m),H:物高(單位m),W:物寬(單位m)
攝像機(jī)CCD或CMOS尺寸標(biāo)注:
h:CCD高(單位:mm),w:CCD寬(單位mm),如下圖:
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成像尺寸標(biāo)注:
hp:成像高度(單位:mm)wp:成像寬度(單位:mm)
鏡頭標(biāo)注:
f:焦距(單位:mm)
像素標(biāo)注:
Pixh:對應(yīng)畫面高度的像素數(shù)(單位:個)Pixw:對應(yīng)畫面寬度的像素數(shù)(單位:個)
下面是光學(xué)成像示意圖:
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以下是光學(xué)成像鏡頭焦距f的近似計算公式:
f=D*hp/H(以像高參考計算)f=D*wp/W(以像寬參考計算)計算后,前兩式中,當(dāng)像高h(yuǎn)p=h(CCD高),或像寬wp=w(CCD寬)時,就相當(dāng)于目標(biāo)全屏顯示。選f值小的那個值作為鏡頭焦距值,因在目標(biāo)全屏顯示時,要使目標(biāo)完全顯示在屏幕上,就要選焦距小的那個值(可視角度更廣),才能滿足完全顯示的要求。
據(jù)上面公式可得出以下公式:
hp=f*H/Dwp=f*W/D
則據(jù)1920*1080的畫面輸出,可得到相應(yīng)的輸出像素的高度與寬度,計算如下:
Pixh=(1080/h)*hpPixw=(1920/w)*wp
得到像素高度與寬度后,可查看下相應(yīng)值落在上面的哪個像素區(qū)間,就可得知我們成像的基本效果了。
下面我們來舉例說明:
假設(shè)用1/3”的1920*1080的攝像機(jī),鏡頭為5-50m的(焦距假設(shè)用50mm),拍100米遠(yuǎn)的成年人,人取平均身1.7米。那么能達(dá)到什么樣的監(jiān)控效果呢?
計算如下:
hp=50*1.7/100=0.85mm,則對應(yīng)pixh=(1080/3.6)*0.85=255像素
據(jù)計算的結(jié)果,像素落在250-420區(qū)間,說明此時是可達(dá)到人物再現(xiàn)要求的。
同理,如我們要使目標(biāo)顯示像素達(dá)到250像素左右,則在焦距一定時,可計算符合條件的最小物距,在物距一定時,可計算符合本條件的最小焦距。
其實,所有監(jiān)控中,鏡頭看多遠(yuǎn)或看多清的問題,都是我們最關(guān)注的問題。同時因每個人主觀上的看法會有不同之處,也會導(dǎo)致最終對成像效果的判斷會有些出入。當(dāng)然計算上因參數(shù)實際數(shù)據(jù)會有誤差,結(jié)果也可能與實際有些出入,但我們研究的主要目的只是方便人們對成像效果的一般性判斷,并形成一個實用的經(jīng)驗值,不做精確比較用。上述討論與測試,僅是從我們從實際應(yīng)用出發(fā),作了一個一般性討論,有不足之處,還請同行多多指正。
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