دوربین چشم ماهی و ۱۰ ویژگی مهم آن در نظارت تصویری

دوربین چشم ماهی به شکل های بسیار گسترده ای عرضه شده اند و بسیاری از تولید کنندگان محصولات متنوعی چون دوربین مداربسته فیش آی ویوتک را ارائه کرده اند. با این حال، به واسطه ی وجود گزینه هایی زیاد، درک این موازنه ها بسیار گیج کننده است. در این نوشته ما به ساختار دوربین چشم ماهی و ۱۰ ویژگی مهم آن در نظارت تصویری  خواهیم پرداخت. این ویژگی ها عبارتند از:

• مزایای دوربین های چشم ماهی.
• مبانی دوربین های پانورامایی چشم ماهی.
• تصویر اعوجاج دار و اعوجاج گیری.
• اعوجاج گیری از سمت دوربین و از سمت کلاینت.
• یکپارچه سازی VMS.
• ارتفاع نصب دوربین مداربسته فیش آی.
• نصب سقفی در برابر نصب دیواری.
• دسترسی به WDR پانورامایی.
• ضعف دوربین دوربین مداربسته فیش آی در نور کم.
• دسترسی به پانوراما با مادون قرمز (اینفرارد (IR)).
• جزئیات تصویر در برابر دوربین مولتی سنسور.

چرا دوربین های مداربسته پانورامایی؟

دوربین های نظارتی متداول صرفأ میادین دید های نسبتا کم عرضی را پوشش می دهند. میانگین میادین دید دوربین ها در بیشتر مواقع بیش از ۹۰ درجه (یک چهارم دایره) نیست. گرچه دوربین هایی با زاویه ی دید ۱۱۰ تا ۱۳۰ درجه اکنون رایج تر شده اند. به طور معمول، اگر به دنبال دوربینی باشید که بتواند پشت خود یا منتها الیه چپ و راستش را ببیند، باید دوربین های دیگری اضافه کنید.

در سوی مقابل، دوربین های مداربسته پانورامایی به شما این امکان را می دهند که با استقرار یک دوربین بتوانید هر جهتی را ببینید. با وجود این، هر چه بخواهید محیط وسیع تری را پوشش دهید، پراکنش پیکسل در فوت (PPF) کمتر  خواهد بود، که این امر باعث می شود جزئیات گرفته شده در هر جهتی تا حد چشمگیری کاهش یابند. در سراسر این مبحث این موازنه ها را بررسی خواهیم کرد.

دوربین مداربسته چشم ماهی نوعی از دوربین های مداربسته پانورامایی

متداول ترین نوع دوربین های پانورامایی دوربین چشم ماهی است. این دوربین دارای لنزهایی با زاویه ی بسیار گسترده (حدودا ۱۸۰ درجه و در بعضی موارد بیشتر) هستند. در اغلب موارد این دسته از دوربین ها در داخل محفظه های گنبدی شکل قرار داده شده اند. این دوربین از یک لنز و یک سنسور تصویر استفاده می کند، که کل منطقه را پوشش می دهند. تصاویر دوربین های فیش آی به طور معمول در حالت نرمال و اعوجاج دار (شکل زیر) مورد استفاده قرار نمی گیرند. زیرا دید بالا به پایین برای نظارت تصویری سودمند نیست و بعضی از اشیاء یا اشخاص بر عکس یا مورب دیده می شوند که این امر به موقعیت آن ها در اتاق بستگی دارد.

برای این که این تصاویر نظیر تصاویر نظارتی معمولی مسطح و قابل استفاده شوند، با استفاده از نرم افزاری خاص، آن ها را از حالت اعوجاج خارج می کنند. تصویر زیر تصویر اصلی دوربین چشم ماهی و نماهای اعوجاج گیری شده ی آن را نشان می دهد.

این اعوجاج گیری مؤلفه ی اصلی دوربین های پانورامایی چشم ماهی است. تصویر اعوجاج دار، به خودی خود، عملا فایده ای ندارد. تولید کنندگان می توانند اعوجاج گیری را در سمت دوربین، سمت کلاینت یا هر دو انجام دهند. انتخاب این که اعوجاج گیری در کدام بخش تصویر انجام شود بر یکپارچه سازی VMS  یا نرم افزار دوربین مداربسته و سودمندی تصویر تأثیر زیادی دارد.

اعوجاج گیری در سمت دوربین

اعوجاج گیری در سمت دوربین چشم ماهی یک استریم ویدئویی مسطح را ارسال می کند که هر VMS می تواند آن را همانند یک دوربین معمولی نشان دهد. اعوجاج گیری در سمت دوربین به نحو فزاینده ای رواج یافته و برخی از تولید کنندگان در حال حاضر تنها این نوع اعوجاج گیری را ارائه می کنند و به سراغ SDK کلاینت VMS نمی روند. مزیت این کار یکپارچه سازی آسان است. زیرا این دوربین ها ممکن است برای VMS مشابه با  PTZها به نظر برسند. با وجود این، سه محدودیت کلیدی وجود دارد.

پشتیبانی از استریم VMS

بیشتر مدل های پانورامایی، که عمل اعوجاج گیری را روی دوربین انجام می دهند، استریم های چندگانه ای مانند نمای کلی، پانوراما، PTZ  ناحیه یک، PTZ  ناحیه دو غیره را ارسال می کنند. VMS باید تمام این استریم ها را یکپارچه کند، که معمولا این کار را از طریق درایورهای مستقیم انجام می دهد تا به طور کامل از دوربین پشتیبانی کند. با وجود این، بیشتر VMS ها از تمام استریم های یک دوربین پشتیبانی نمی کنند. به ویژه آن استریم هایی که به جای درایورهای مستقیم از ONVIF استفاده می کنند. برای مثال، نه پاناسونیک WV-SFV781l و نه هایک ویژن DS-2CD63C2f، هیچکدام به طور مناسب با استریم های چندگانه ی Exacq یا اویجیلون (Avigilon) یکپارچه نمی شوند. با این وجود هر دوی آن ها مدل هایی با کیفیت از تولید کنندگان مهم به شمار می آیند.

علاوه بر یکپارچه سازی چند استریمی،VMS  باید از کنترل های PTZ برای پنجره های اعوجاج گیری سمت دوربین پشتیبانی کند. بدون این یکپارچه سازی، این پنجره ها باید از طریق رابط وب راه اندازی شوند و اساسا در VMS وضعیت استاتیک دارند.

محدودیت های ضبط اعوجاج گیری سمت دوربین

هنگام استفاده از اعوجاج گیری سمت دوربین های مداربسته پانورامایی و مخصوصا در دوربین چشم ماهی، VMS  تنها آن  چه را که استریم دوربین در حال دیدن آن در هر لحظه است ضبط می کند. به این معنا که اگر یک استریم نمای کلی (پانورامای ۳۶۰ درجه، چشم ماهی اعوجاج دار و غیره) علاوه بر پنجره های PTZ دیجیتال در جای دیگری ضبط نشده باشد، هیچ نمای کلی از این صحنه وجود نخواهد داشت و وقایع از دست خواهند رفت. این موضوع در تضاد با اعوجاج گیری در سمت کلاینت است، که تنها استریم های کامل را ضبط می کند و اعوجاج گیری هنگام باز پخش در سمت کلاینت انجام می شود.

اعوجاج گیری در سمت کلاینت

بر خلاف اعوجاج گیری سمت دوربین چشم ماهی، اعوجاج گیری در سمت کلاینت کنترل های گسترده ای را فراهم می آورد. این اعوجاج گیری که به کاربر امکان مشاهده و ضبط تنها یک استریم نمای کلی را می دهد و نحوه ی مشاهده ی پنجره ها را در کلاینت VMS به صورت پویا، بین حالات زنده و آرشیو شده، تغییر می دهد. مزیت اصلی این نوع اعوجاج گیری نسبت به اعوجاج گیری سمت دوربین این است که این روش تنها نیاز به ضبط یک استریم دارد و در عین حال اطلاعات نمای کلی را، بدون نگرانی درباره ی یکپارچه سازی استریم چندگانه یا پنجره های مجازی  PTZ، که در زمان وقوع یک رویداد به سمت دیگری نگاه می کنند، حفظ می کند.

ایراد اعوجاج گیری سمت کلاینت : نیاز به یکپارچه سازی سمت کلاینت

تولید کنندگان مختلف برای اعوجاج گیری دوربین چشم ماهی نیاز به یک SDK مجزا دارند. هنگام استفاده از VMS یا کلاینت تولید کننده ی دوربین (برای مثال در دوربین ویوتک) این کار ساده ساده خواهد بود. با وجود این، اگر بخواهید از VMS  یک شرکت ثالث استفاده کنید، آن گاه VMS باید نرم افزار خاص آن را در خود تلفیق کند. بیشتر مواقع این کار به دلیل پیچیدگی، پر هزینه بودن و اختصاصی بودن برای هر تولید کننده ی دوربین انجام نمی شود.

بعضی از پلتفرم های VMS، همانند Network Optix و نرم افزار آکسون (Axxon Next) اعوجاج گیری عمومی هر دوربین چشم ماهی را عرضه کرده اند که این امر باعث حذف دغدغه ی توسعه و یکپارچه می شود، اما تقریبا رایج نیست.

لنزهای پانومورف

لنزهای پائومورف نوعی اختصاصی از لنزهای دوربین چشم ماهی هستند، که مشابهت های کلیدی را همراه با تفاوت هایی مهم به همراه دارند. تکنولوژی پانومورف توسط ایمرویژن به ثبت رسیده است. ایمرویژن این لنزها را طراحی کرد و SDK اعوجاج گیری را برای یکپارچه سازی در اختیار دیگران گذاشت. لنزهای ایمر ویژن (Immervision) در نسخه ی C/CS mount  به فروش رسیدند تا در دوربین مداربسته باکس شرکت های دیگر به کار بروند. اما این شرکت به تازگی لنزهای M12 را ساخته است، تا در دوربین مداربسته دام با رزولوشن حداکثر ۱۲ مگا پیکسل نصب شوند. تولید کنندگانی نظیر ارکانت، هانوا و سایر تولید کنندگان مدل هایی را با استفاده از این لنزها به بازار عرضه کرده اند.

مزیت های لنز های پانامورف

لنزهای پانومورف مدعی دو مزیت کلیدی نسبت به مدل های مورد استفاده در دوربین چشم ماهی معمول هستند. این مزیت به شرح زیر است:

• PPF بالاتر از نظر تئوری: ادعای اصلی شرکت ایمر ویژن (Immervision) این است که لنزهای این شرکت، با استفاده از یک فرمت چشم ماهی بیضوی به جای دایره ای، استفاده ی بیشتری از سنسور دوربین به عمل می آورند که اجازه می دهد پیکسل های بیشتری در لبه ی میدان دید دوربین مداربسته حضور داشته باشند و از نظر تئوری کیفیت تصویر بالاتری حاصل شود. با این حال، تفاوت های عملی قابل توجهی را در آزمایش هایمان نیافتیم، و مدل های چشم ماهی استاندارد به خوبی مدل های مبتنی بر لنزهای ایمرویژن عمل کردند.

• پشتیبانی گسترده تر: بیشتر VMSهای اصلی – و نه همه ی آن ها –  از ایمر ویژن (Immervision) پشتیبانی می کنند، که این امر پشتیبانی گسترده تر از آن ها را در مقایسه با مدل های چشم ماهی، که از SDK های خاص تولید کننده استفاده می کنند، به همراه خواهد داشت. این SDK تمامی محصولات ایمر ویژن (Immervision) ، از جمله لنزهای CS mount و نیز دام های استفاده کننده از لنز M12 که از لنزهای ۱۲ مگاپیکسلی خود استفاده می کنند.

معایب لنز های پانومورف

به هر صورت لنزهای پانومورف نیز دارای معایبی هستند. به برخی از معایب آن ها در زیر پراخته می شود.

• در حالی که محیط های کم نور و WDR از دیر باز محیط هایی چالش برانگیز برای دوربین چشم ماهی بوده اند، و باعث شده اند دوربین های با کیفیت مجهز به لنز ایمرویژن جذاب تر باشند، اما مدل های دام با قابلیت WDR واقعی، فیلترهای IR کات مکانیکی، و IR یکپارچه به طور فزاینده رایج شده اند و این موضوع باعث شده این لنزهای افزونه در محیط هایی که به این ویژگی نیاز دارند کمتر جذاب به نظر برسند.
• امروزه دوربین های پانورامایی ۱۲ مگاپیکسلی نسبتا رایج شده اند. اما بسیاری از مدل های مجهز به لنز ایمر ویژن (Immervision) به رزولوشن ۵ مگاپیکسل و کمتر محدود هستند، و لنزهای با کیفیت CS mount آن ها نیز همین گونه است. توجه داشته باشید که برخی از مدل های دارای رزولوشن بالاتر، نظیر هانوا PNF-9010R ، از ایمرویژن استفاده می کنند. اما اکثرأ از لنزهای ایمرویژن استفاده نمی کنند.
• : لنزهای پانومورف گران قیمت هستند. مدل ارجینال ۳/۱ مگاپیکسلی با قیمتی در حدود ۵۰۰ دلار آمریکا به فروش می رسد. مدل جدید تر ۵ مگاپیکسلی بیش از ۱۰۰۰ دلار قیمت دارد. در سوی مقابل، مدل های چشم ماهی تک سنسور به طور متوسط با رقم ۵۰۰ تا ۸۰۰ دلار به فروش می رسند و به یکپارچه سازی اضافی و راه اندازی نیازی ندارند.

 

دوربین های چشم ماهی که فقط روی دیوار نصب می شوند

در حالی که بیشتر دوربین های پانورامایی چشم ماهی ، با امکان اعوجاج گیری ۳۶۰ و ۱۸۰ درجه ای، قابل نصب روی سقف یا دیوار هستند، برخی از مدل های خاص به نحوی هستند که فقط می توانند روی دیوار نصب شوند. برخلاف مدل های چشم ماهی معمولی، خروجی تصویر این دوربین ها در بیشتر مواقع تصاویر پانورامایی اعوجاج گیری شده ی ۱۸۰ درجه ای (یا در برخی از موارد کمتر) است، و امکان انتخاب نماهای PTZ دیجیتالی با سایر انواع پانوراما ندارند. بعضی از این دوربین ها دوربین های مستقل هستند (دوربین مداربسته ویوتک CC8370-HV)، در حالی که سایر دوربین ها نظیر اکسیس A8105-E  روی ایستگاه های درب صوتی نصب می شوند.

مزایا و معایب دوربین های دیواری چشم ماهی

مهم ترین مزیت دوربین چشم ماهی دیواری سادگی آن ها است. چرا که آن ها کار اعوجاج گیری را به صورت آنبورد انجام می دهند و خروجی آن ها استریمی پانورامایی است و نیازی به یکپارچه سازی اعوجاج گیری در سمت دوربین یا سمت کلاینت و راه اندازی ندارند. با این حال، این مدل ها نسبت به دوربین های چشم ماهی متداول رزولوشن کمتری دارند. یعنی ۳ تا ۵ مگاپیکسل، به جای ۶ تا ۱۲ مگاپیکسلی که در مدل هایی با رزولوشن بالا و با کیفیت چشم ماهی یافت می شود.

ارتفاع نصب دوربین چشم ماهی مهم است

نصب دوربین چشم ماهی مداربسته در ارتفاع پایین و نزدیک به هدف، امری مهم است. با دورتر شدن سوژه از دوربین، تراکم پیکسلی دوربین های پانورامایی به شدت افت پیدا می کند. بنابر این، افزایش فاصله ناشی از نصب دوربین در ارتفاع بالاتر این مسئله را تشدید می کند. برای مثال، تصویر سوژه ای که ۵ فوت از یک دوربین ۳/۱ مگاپیکسلی ۳۶۰ درجه فاصله دارد، با تراکمی در حدود ۴۰ PPF گرفته می شود. اما اگر همان سوژه ۱۰ فوت از دوربین دورتر شود، تراکم پیکسلی به حدود ۲۰ PPF  افت می کند. اگر شخص به اندازه ی ۲۰ فوت فاصله بگیرد، باید آن را فراموش کنید. به این دلیل که PPF تا حد ۱۰ PPF  کاهش پیدا می کند. به عبارت دیگر، چیزی جز یک لکه نخواهید دید.

همچنین، از نصب دوربین در ارتفاع بالا با استفاده از پایه های افزایشی برای نزدیک تر کردن دوربین به هدف اجتناب کنید. البته، با ذکر این نکته که این کار از نظر زیبایی شناختی نیز چندان مطلوب نیست.

نصب سقفی در برابر نصب دیواری

تصمیم گیری درباره ی نصب دوربین چشم ماهی روی سقف یا دیوار به این مسئله بستگی دارد که سوژه ها در صحنه احتمالا به کدام جهت حرکت می کنند. اگر سوژه هایی که قرار است دیده شوند در کل صحنه حرکت کنند، و فقط نزدیک دوربین نباشند، استفاده از دوربین سقفی احتمالا گزینه ی بهتری خواهد بود، زیرا گرفتن جزئیات سوژه ها، برای دوربین هایی که روی دیوار قرار دارند، ممکن است دشوار باشد. اما اگر سوژه ها تنها به یک یا دو نقطه وارد و یا از آنها خارج شوند، دوربین چشم ماهی دیواری بهتر می تواند جزئیات سوژه ی عبوری را بگیرد. چون زاویه ی برخورد سوژه ها با دوربین کم است (قبلا دراین زمینه سخن گفتیم).

ضعف تاریخی دوربین های چشم ماهی در نور کم

دوربین های پانورامایی از همان ابتدا عملکرد ضعیفی در نور کم داشتند و بیشتر مواقع تصاویر آنها در نور کم نویزدار و تاریک بودند. این امر به خاطر دو عامل اتفاق می افتد

1. لنزهایی با F-Stop بالا: لنزهای چشم ماهی به طور معمول دارای F-Stop بالایی هستند (f/2.0  در مقابل f/1.2 برای دوربین های متداول) اجازه ی ورود تقریبا ۷۵ درصد نور کمتر را به دوربین می دهند.
2. رزولوشن بالا: به دلیل اینکه مدل های چشم ماهی بیشتر مواقع ۵ مگاپیکسلی، ۶ مگاپیکسلی، ۱۲ مگاپیکسلی و غیره هستند، پیکسل ها کوچک ترند و نور کمتری دریافت می کنند. به این دلیل، کاربران باید هنگام مشخص کردن مدل های چشم ماهی از ضعف آن ها، حتی در نور نسبتا کم (۳ تا ۵ لوکس) آگاه باشند. چرا که احتمال بروز نویز و مصنوعات تصویر وجود خواهد داشت.

افزایش چشم ماهی یکپارچه با IR

به منظور پیشپگیری از عملکرد ضعیف دوربین چشم ماهی در شرایط کم نور، بسیاری از تولید کنندگان مدل های یکپارچه با IR را، با نورپردازهایی که ۳۶۰ درجه میدان دید را پوشش می دهند، معرفی کرده اند. برای مثال، در مقایسه ی زیر دو مدل با کیفیت ۱۲ مگاپیکسلی نشان داده شده است، که در آن هایک ویژن ۶۳C2، به دلیل مجهز بودن به IR یکپارچه، نسبت به پاناسونیک WV-SPV781L ، عملکرد بهتری در نور کم داشت. دوربین Vivotek در این زمینه از جمله پیشگامان ترکیب چشم ماهی یکپارچه با IR به شمار می آید.

توجه داشته باشید که به رغم این پیشرفت ها، کاربران باید در مورد استفاده از دوربین های پانورامایی در محیط های بسیار تاریک محتاط عمل کنند. زیرا عملکرد نشان داده شده در بالا برای همه ی دوربین های پانورامایی (چشم ماهی یا مولتی سنسور) معمول نیست.

افزایش دسترسی بازار به دوربین های چشم ماهی

در سال ۲۰۱۸، تقریبا هر تولید کننده ای حداقل یک مدل دوربین چشم ماهی را در خط تولیدش گنجانده بود. بیشتر تولید کنندگان بیش از یک مدل، با رزولوشن متفاوت، مجموعه ی ویژگی ها (WDR/IR)، نسخه های محیط داخلی و محیط بیرونی و غیره ارائه کرده بودند. این امر را با چند سال پیش، زمانی که مدل های پانورامایی چشم ماهی دوربین هایی خاص بودند و تنها توسط تولید کنندگان انگشت شماری تولید می شدند، مقایسه کنید. همچنین، توجه داشته باشید که دوربین های پانورامایی چشم ماهی نسبت به مدل های مولتی سنسور رایج تر هستند. اما بخش دوربین های مولتی سنسور در یکی دو سال گذشته رشد چشمگیری داشته است.

نیاز به دوربین مولتی سنسور به جای چشم ماهی

هنگام در نظر گرفتن پوشش پانورامایی با زاویه ی عریض، کاربران باید با دقت الزامات PPF را در نظر بگیرند. زیرا در صحنه های بزرگتر، مدل های مولتی سنسور کارایی بهتری دارند. برای مثال، تصویر زیر جزئیات نسبی مشاهده شده بین یک دوربین چشم ماهی تک سنسور، یک دوربین مولتی سنسور ۳۶۰ درجه ای (۹۰ درجه برای هر سنسور) و یک دوربین مولتی سنسور ۱۸۰ درجه ای را نشان می دهد. زمانی که سوژه در فاصله ای در حدود ۱۰ فوتی از دوربین قرار دارد، جزئیات او و خطوط خوانای نمودار در مدل چشم ماهی به طور قابل توجهی کمتر هستند.

زمانی که شخصی در فاصله ی تقریبی ۳۰ فوتی از دوربین ها قرار می گیرد، دوربین چشم ماهی هیچ جزئیات قابل استفاده ای را ارائه نمی دهد. این در حالی است که دوربین مداربسته مولتی سنسور ۳۶۰ درجه ای هنوز دو خط خوانا از نمودار و بعضی از جزئیات سوژه را نشان می دهد. در این فاصله، دوربین مولتی سنسور ۱۸۰ درجه ای هنوز جزئیاتی قابل تشخیص را از شخص ارائه می کند.