میدان دید و زاویه دید دوربین مداربسته

میدان دید دوربین مداربسته (Field of View) به محدوده واقعی از محیط و فضای مقابل که دوربین در تصویر خود ثبت می‌کند گفته می‌شود. یعنی فقط نمی‌گوییم دوربین چند درجه را می‌بیند بلکه می‌توانیم بگوییم در یک فاصله مشخص، چه مقدار از عرض و ارتفاع محیط داخل تصویر قرار می‌گیرد.

زاویه دید دوربین مداربسته (Field of View Angle / FOV) مشخص می‌کند لنز دوربین چه مقدار از فضای مقابل خود را از نظر زاویه پوشش می‌دهد. مثلاً اگر یک دوربین زاویه دید افقی ۹۰ درجه داشته باشد، یعنی در راستای افقی، محدوده‌ای به اندازه ۹۰ درجه را می‌بیند.

میدان دید دوربین های مداربسته به محدوده‌ای از فضای مقابل دوربین گفته می‌شود که با توجه به مشخصات لنز، اندازه سنسور، فاصله کانونی و نحوه نصب، در تصویر دوربین قرار می‌گیرد و در واقع نشان میدهد که دوربین مداربسته تا چند متر فیلم میگیره. این مفهوم یکی از مهم‌ترین معیارها برای طراحی و انتخاب سیستم نظارت تصویری است، زیرا مشخص می‌کند دوربین تا چه اندازه می‌تواند یک محیط را پوشش دهد و در چه فاصله‌ای جزئیات سوژه‌ها را در تصویر ثبت کند.

در مشخصات فنی دوربین‌ها، میدان دید یا برد دید دوربین مداربسته معمولاً با زاویه افقی (Horizontal FOV)، زاویه عمودی (Vertical FOV) و در برخی مدل‌ها زاویه مورب یا قطری (Diagonal FOV) اعلام می‌شود. برای نمونه، یک دوربین ممکن است دارای میدان دید افقی ۹۸ درجه و عمودی ۵۲ درجه باشد. این مقادیر مستقیماً به طراحی اپتیکی دوربین مربوط هستند.

میدان دید دوربین مداربسته با زاویه دید ارتباط مستقیم دارد، اما این دو عبارت را نباید بدون توضیح دقیق به جای یکدیگر به کار برد. زاویه دید، اندازه زاویه‌ای است که لنز می‌تواند ثبت کند در حالی که وقتی درباره محدوده واقعی تحت پوشش در یک فاصله مشخص صحبت می‌کنیم، منظور ما اندازه فضایی است که در کادر دوربین قرار می‌گیرد.

برای مثال و با دانستن اینکه یک دوربین مداربسته چگونه کار میکند، یک دوربین با زاویه دید افقی باز می‌تواند بخش بیشتری از یک فروشگاه یا اتاق را در یک تصویر نشان دهد، اما اگر همان فضای وسیع با رزولوشن نامناسب پوشش داده شود، تعداد پیکسل کمتری به هر سوژه اختصاص پیدا می‌کند و تشخیص جزئیات دشوارتر می‌شود.

مهم‌ترین عوامل تعیین‌کننده میدان دید شامل فاصله کانونی لنز، اندازه سنسور تصویر و نسبت تصویر هستند. لنزهایی با فاصله کانونی کوتاه‌تر مانند ۲.۸ میلی‌ متر معمولاً میدان دید وسیع‌ تری ایجاد می‌کنند، در حالی که افزایش فاصله کانونی به سمت ۶، ۸، ۱۲ میلی‌متر و بالاتر، میدان دید را محدودتر کرده و تمرکز تصویر روی سوژه‌های دورتر را افزایش می‌دهد.

بنابراین هنگام انتخاب دوربین مداربسته نباید فقط به عبارت‌هایی مانند «زاویه دید بالا» یا «لنز واید» توجه کرد. باید مشخص شود دوربین قرار است چه مساحتی را پوشش دهد، سوژه در چه فاصله‌ای قرار دارد و هدف از نصب دوربین پوشش عمومی محیط است یا ثبت جزئیات دقیق. انتخاب درست میدان دید باعث می‌شود تعداد دوربین‌ها، محل نصب، فاصله بین دوربین و سوژه و قابلیت تشخیص جزئیات با نیاز واقعی پروژه هماهنگ شود.

میدان دید دوربین مداربسته چیست؟

میدان دید دوربین مداربسته یا Field of View (FOV) به محدوده‌ای گفته می‌شود که دوربین می‌تواند از یک صحنه ثبت و مشاهده کند. میدان دید در مشخصات فنی معمولاً به صورت زاویه‌ای بر حسب درجه بیان می‌شود و به عواملی مانند فاصله کانونی لنز، اندازه سنسور تصویر و نوع لنز بستگی دارد. برای مثال، لنزهای با فاصله کانونی کمتر مانند ۲.۸ میلی‌متر معمولاً میدان دید وسیع‌تری دارند و فضای بیشتری را در تصویر پوشش می‌دهند، در حالی که لنزهای ۶ یا ۱۲ میلی‌متر زاویه پوشش محدودتری ایجاد می‌کنند و برای مشاهده سوژه‌های دورتر مناسب‌تر هستند.

میدان دید را می‌توان در سه حالت افقی (HFOV)، عمودی (VFOV) و مورب (DFOV) بررسی کرد. بنابراین هنگام انتخاب دوربین، فقط عدد مگاپیکسل کافی نیست و باید FOV را متناسب با ابعاد محیط، فاصله دوربین تا سوژه و جزئیات مورد نیاز انتخاب کرد.

زاویه دید دوربین مداربسته چیست؟

زاویه دید دوربین مداربسته به زاویه‌ای بر حسب درجه گفته می‌شود که لنز دوربین می‌تواند در یک جهت از صحنه مقابل خود ثبت کند. این ویژگی در مشخصات فنی معمولاً با عبارت FOV (Field of View) نمایش داده می‌شود و می‌تواند به صورت افقی، عمودی یا مورب اعلام شود. به عنوان مثال، دوربینی با زاویه دید افقی ۹۸ درجه نسبت به دوربینی با زاویه دید افقی ۷۰ درجه، بخش وسیع‌تری از محیط را در عرض تصویر پوشش می‌دهد.

زاویه دید بیشتر معمولاً با لنزهایی با فاصله کانونی کمتر ایجاد می‌شود و برای فضاهایی مانند اتاق، فروشگاه و محیط‌های نزدیک کاربرد دارد. در مقابل، لنزهای با فاصله کانونی بالاتر زاویه دید محدودتری دارند، اما می‌توانند سوژه‌های دورتر را بزرگ‌تر و با جزئیات بیشتری نمایش دهند. به همین دلیل، انتخاب زاویه دید باید بر اساس فاصله نصب، ابعاد محیط و هدف نظارتی انجام شود.

تفاوت میدان دید و زاویه دید دوربین مداربسته چیست؟

تفاوت میدان دید دوربین مداربسته و زاویه دید دوربین یکی از نکاتی است که هنگام انتخاب لنز باید به آن توجه شود.

زاویه دید یک کمیت زاویه‌ای است و با درجه بیان می‌شود. برای مثال، وقتی در مشخصات یک دوربین نوشته شده است:

Horizontal FOV: ۹۰°

یعنی دوربین در راستای افقی زاویه‌ای برابر با ۹۰ درجه را ثبت می‌کند.

اما میدان دید در محیط واقعی به محدوده‌ای اشاره می‌کند که با این زاویه و در یک فاصله مشخص، داخل تصویر قرار می‌گیرد. بنابراین برای درک میدان دید واقعی نمی‌توان فقط عدد زاویه را بررسی کرد فاصله دوربین تا محل مورد نظر نیز اهمیت دارد.

برای مثال فرض کنید دو دوربین از نظر زاویه افقی مشخصات یکسانی دارند، اما یکی در فاصله نزدیک به سوژه نصب شده و دیگری در فاصله بیشتری قرار گرفته است. محدوده‌ای که هر کدام از محیط در تصویر نشان می‌دهند یکسان نخواهد بود.

به زبان ساده:

زاویه دید = اندازه زاویه‌ای که دوربین می‌بیند.

میدان دید = محدوده‌ای از محیط که در نتیجه این زاویه، فاصله دوربین و شرایط نصب داخل تصویر قرار می‌گیرد.

در منابع فنی دوربین، FOV معمولاً به شکل افقی، عمودی یا مورب اعلام می‌شود. برای نمونه، یک دوربین Hikvision با لنز ثابت ۲.۸ میلی‌متر دارای FOV افقی ۹۸ درجه و عمودی ۵۲ درجه اعلام شده است همین دوربین با لنز ۳.۶ میلی‌متر FOV افقی ۷۷ درجه و عمودی ۴۲ درجه دارد. این مثال به‌خوبی نشان می‌دهد که تغییر فاصله کانونی چگونه زاویه پوشش تصویر را تغییر می‌دهد.

پس اگر در مشخصات یک دوربین نوشته شده باشد FOV = 100°، نباید این عدد را به معنی «۱۰۰ متر میدان دید» یا حتی «پوشش ۱۰۰ مترمربعی» در نظر گرفت. درجه، زاویه پوشش است و اندازه محدوده واقعی پوشش باید با توجه به فاصله و هندسه صحنه بررسی شود.

میدان دید افقی، عمودی و مورب دوربین مداربسته چیست؟

میدان دید دوربین فقط به راست و چپ تصویر محدود نمی‌شود. در مشخصات فنی دوربین‌های حرفه‌ای معمولاً سه نوع FOV دیده می‌شود:

1.میدان دید افقی یا Horizontal FOV 

Horizontal Field of View یا HFOV محدوده زاویه‌ای است که دوربین در راستای افقی، یعنی از چپ به راست، ثبت می‌کند.

این مقدار برای بسیاری از پروژه‌های نظارت تصویری اهمیت زیادی دارد، زیرا نشان می‌دهد دوربین در یک قاب افقی چه میزان از محیط را پوشش می‌دهد.

برای مثال، اگر دوربینی HFOV برابر با ۱۰۰ درجه داشته باشد، نسبت به دوربینی با HFOV برابر با ۶۰ درجه، تصویر بازتری از فضای روبه‌ رو ارائه می‌کند البته میزان پوشش واقعی محیط همچنان به فاصله دوربین و هندسه محل نصب وابسته است.

2.میدان دید عمودی یا Vertical FOV

Vertical Field of View یا VFOV زاویه پوشش دوربین در راستای عمودی تصویر است.

این مشخصه مشخص می‌کند چه مقدار از فضای بالا و پایین صحنه در کادر قرار می‌گیرد. مقدار VFOV در کنار HFOV برای تعیین نسبت واقعی محیطی که دوربین می‌تواند ثبت کند اهمیت دارد.

برای مثال، در یک مدل دوربین Hikvision، FOV لنز ۲.۸ میلی‌متری به صورت ۹۸ درجه افقی، ۵۲ درجه عمودی و ۱۱۶ درجه مورب اعلام شده است. بنابراین نمی‌توان فقط با گفتن «زاویه دید این دوربین ۹۸ درجه است» تمام مشخصات میدان دید آن را بیان کرد.

3.میدان دید مورب یا Diagonal FOV

Diagonal Field of View یا DFOV زاویه‌ای است که میدان دید دوربین در امتداد قطر تصویر پوشش می‌دهد.

این مقدار معمولاً بزرگ‌تر از FOV افقی یا عمودی است و بیشتر برای مقایسه مشخصات اپتیکی برخی دوربین‌ها و لنزها استفاده می‌شود.

بنابراین وقتی مشخصات یک دوربین را بررسی می‌کنید، اگر هدف شما طراحی دقیق سیستم نظارتی است، بهتر است به جای توجه به یک عدد کلی، HFOV، VFOV، فاصله کانونی لنز و اندازه سنسور را در کنار یکدیگر بررسی کنید.

چه عواملی میدان دید دوربین مداربسته را تعیین می کنند؟

میدان دید نتیجه عملکرد یک عامل واحد نیست. مهم‌ترین عوامل مؤثر عبارت‌اند از:

• فاصله کانونی لنز
• اندازه سنسور تصویر
• نوع لنز
• نسبت تصویر
• محل نصب و جهت قرارگیری دوربین

۱.فاصله کانونی لنز: مهم‌ترین عامل اپتیکی، فاصله کانونی لنز (Focal Length) است. هرچه فاصله کانونی کمتر باشد، معمولاً میدان دید وسیع‌تر خواهد بود. به همین دلیل لنزهای ۲.۸ میلی‌ متر معمولاً برای پوشش گسترده محیط استفاده می‌شوند.

با افزایش فاصله کانونی، میدان دید باریک‌ تر می‌شود و تصویر روی بخش کوچک‌ تری از محیط متمرکز می‌شود. در نتیجه لنزهای با فاصله کانونی بالاتر برای شرایطی که تمرکز روی سوژه‌های دورتر اهمیت دارد، کاربرد بیشتری دارند.

۲.اندازه سنسور تصویر: فقط نگاه کردن به عدد لنز کافی نیست. اندازه سنسور تصویر نیز در تعیین FOV نقش دارد. اگر دو دوربین از یک فاصله کانونی یکسان استفاده کنند اما اندازه سنسور آنها متفاوت باشد، میدان دید آنها الزاماً یکسان نخواهد بود. بنابراین مقایسه «دوربین ۲.۸ میلی‌متر» بدون توجه به سنسور می‌تواند نتیجه دقیقی به همراه نداشته باشد. در منابع فنی نیز FOV به عنوان نتیجه رابطه بین فاصله کانونی لنز و اندازه سنسور توضیح داده شده است.

۳.نوع لنز: دوربین می‌تواند از لنز ثابت، وریفوکال یا موتورایز استفاده کند. در لنز ثابت، فاصله کانونی و در نتیجه میدان دید در محدوده طراحی لنز ثابت است. در لنز وریفوکال، فاصله کانونی قابل تغییر است و کاربر می‌تواند بین تصویر بازتر و تصویر بسته‌ تر تنظیم انجام دهد.

در لنز موتورایز، تغییر فاصله کانونی و فوکوس می‌تواند به صورت موتوری و در برخی مدل‌ها از راه دور انجام شود. در مشخصات یک دوربین مداربسته چرخشی زوم دار PTZ نیز می‌توان نمونه‌ای از تغییر FOV از حالت واید به تله را مشاهده کرد؛ برای مثال Axis Q6075 دارای فاصله کانونی ۴.۲۵ تا ۱۷۰ میلی‌متر و FOV افقی ۶۵.۱ تا ۲ درجه است.

۴.نسبت تصویر: نسبت تصویر نیز در تفاوت بین میدان دید افقی و عمودی مؤثر است. به همین دلیل هنگام بررسی مشخصات یک دوربین نباید تصور کرد یک عدد FOV تمام ابعاد تصویر را توصیف می‌کند.

۵.محل نصب و جهت قرارگیری دوربین: لنز، سنسور و مشخصات اپتیکی، FOV را تعیین می‌کنند اما محل نصب و جهت‌گیری دوربین مشخص می‌کند این میدان دید در کدام بخش از محیط قرار بگیرد.

به همین دلیل حتی دوربینی با FOV مناسب، اگر در محل نامناسب نصب شود، ممکن است بخش مهمی از محیط را از دست بدهد یا نقاط کور ایجاد کند.

میدان دید دوربین با لنزهای ۲.۸، ۳.۶، ۶ و ۱۲ میلی متر

یکی از ساده‌ترین روش‌ها برای درک میدان دید دوربین مداربسته، بررسی فاصله کانونی لنز است. عددی که در مشخصات لنز با واحد میلی‌متر نوشته می‌شود، به تنهایی نشان‌ دهنده زاویه دید نیست زیرا اندازه سنسور نیز روی FOV تأثیر دارد. با این حال، اگر سنسور یکسان باشد، هرچه فاصله کانونی افزایش پیدا کند، میدان دید باریک‌تر می‌شود.

برای مثال، در یک دوربین با سنسور مشخص، لنز ۲.۸ میلی‌ متر معمولاً تصویر بازتری نسبت به لنز ۶ میلی‌متر ایجاد می‌کند. در مقابل، لنز ۶ میلی‌متر بخش کوچک‌تری از محیط را نشان می‌دهد، اما همان بخش از صحنه را با بزرگنمایی بیشتری ثبت می‌کند.

به همین دلیل نمی‌توان گفت لنز ۲.۸ میلی‌متر همیشه بهتر از ۶ میلی‌متر است. انتخاب بین این لنزها به محل نصب و هدف نظارت بستگی دارد.

به صورت کلی:

• ۲.۸ میلی‌متر: مناسب برای پوشش گسترده‌تر محیط و نظارت عمومی
  ۳.۶ میلی‌متر: گزینه‌ای میانی برای ایجاد تعادل بین پوشش و تمرکز روی سوژه
  ۶ میلی‌متر: مناسب‌تر برای تمرکز روی بخش مشخصی از محیط و سوژه‌های دورتر
  ۱۲ میلی‌متر: میدان دید بسیار محدودتر و مناسب‌تر برای تمرکز روی نقاط مشخص و فاصله‌های بیشتر

اعداد بالا یک قاعده کلی هستند و نباید آنها را به عنوان زاویه دید دقیق همه دوربین‌ها در نظر گرفت چون برای تعیین FOV واقعی باید فاصله کانونی، اندازه سنسور و مشخصات اپتیکی همان مدل دوربین بررسی شود.

برای نمونه، در یک دوربین مشخص Hikvision، لنز ۲.۸ میلی‌متر FOV افقی ۹۸ درجه ایجاد می‌کند، در حالی که لنز ۳.۶ میلی‌ متر همان خانواده دوربین FOV افقی حدود ۷۷ درجه دارد. بنابراین حتی تغییر نسبتاً کوچک فاصله کانونی می‌تواند عرض تصویر قابل ثبت را تغییر دهد.

چرا افزایش میدان دید همیشه به معنی بهتر بودن دوربین نیست؟

یکی از اشتباهات رایج هنگام خرید دوربین مداربسته این است که تصور کنیم هرچه میدان دید وسیع‌ تر باشد، دوربین بهتر است. میدان دید وسیع برای پوشش محیط مزیت مهمی است، اما یک محدودیت اساسی دارد: وقتی یک محیط بزرگ در یک تصویر جای می‌گیرد، هر سوژه سهم کوچک‌ تری از تصویر را به خود اختصاص می‌دهد.

فرض کنید یک دوربین قرار است ورودی یک فروشگاه را زیر نظر بگیرد. اگر هدف فقط مشاهده ورود و خروج افراد باشد، لنز واید می‌تواند انتخاب مناسبی باشد زیرا بخش زیادی از ورودی را در یک تصویر قرار می‌دهد.

اما اگر هدف اصلی تشخیص چهره فرد باشد، صرفاً پوشش وسیع کافی نیست. باید بررسی شود چهره فرد در تصویر چه اندازه‌ای دارد و آیا تعداد پیکسل کافی برای ثبت جزئیات آن وجود دارد یا خیر.

همین موضوع درباره پلاک خودرو نیز صدق می‌کند. دوربینی که فضای بسیار وسیعی را ثبت می‌کند، لزوماً دوربین مناسبی برای پلاک‌ خوانی نیست. برای چنین کاربردی معمولاً باید میدان دید، فاصله سوژه، فاصله کانونی، رزولوشن، زاویه نصب، سرعت شاتر و شرایط نوری به صورت همزمان بررسی شوند.

بنابراین هنگام انتخاب دوربین باید میان دو نیاز تعادل برقرار کرد، پوشش بیشتر محیط در برابر جزئیات بیشتر سوژه.

هرچه کادر بازتر شود، معمولاً فضای بیشتری دیده می‌شود اما اگر رزولوشن و فاصله نصب دوربین متناسب نباشد، جزئیات هر سوژه در بخش بزرگ‌ تری از تصویر پخش می‌شود.

میدان دید دوربین در فاصله های مختلف چگونه تغییر می کند؟

اینجا یک نکته مهم وجود دارد، خود زاویه دید لنز با دور شدن یا نزدیک شدن دوربین تغییر نمی‌کند. اگر دوربین ثابت باشد و فاصله کانونی لنز تغییر نکند، HFOV همان مقدار قبلی باقی می‌ماند. چیزی که با فاصله تغییر می‌کند، اندازه محدوده‌ای از محیط است که این زاویه در آن قرار می‌گیرد.

برای درک ساده‌تر، یک دوربین را تصور کنید که از یک نقطه به سمت یک دیوار قرار گرفته است. دو خط فرضی از لنز دوربین با زاویه مشخص خارج می‌شوند. هرچه دیوار از دوربین فاصله بیشتری داشته باشد، فاصله بین این دو خط روی دیوار بیشتر می‌شود.

در نتیجه:

فاصله بیشتر از دوربین = عرض پوشش بیشتر در همان فاصله

اما این به معنی آن نیست که جزئیات سوژه نیز بیشتر می‌شود. برعکس، با دور شدن سوژه، اندازه آن در تصویر کاهش پیدا می‌کند. بنابراین هنگام طراحی سیستم مداربسته باید بین عرض پوشش در فاصله مشخص و سطح جزئیات مورد نیاز در همان فاصله تعادل ایجاد شود.