解析：部署高清及超高清摄像机到底有多大必要性？

随着图像技术的发展，人们对图像清晰度的要求越来越高，高清摄像机的大规模应用已是必然趋势，720P，1080P，4K，甚至8K的产品已经进入人们的视野，如果从像素来讲，100万，200万，500万，800万，1200万，1600万等等，不久的将来，我们将会看到万万级别的应用。接下来，我们从技术及经济性的角度来谈谈“高清”摄像机的必要性。

回顾一下监控需求这个话题，监控系统中主要包括以下的目标监控需求。

1. 1. 一般监控（侦测）：

一般监控是指对场景进行大概地了解，如广场的总体人流情况，但没有对人流中人脸识别的需求；公路的车流情况，但没有对车牌进行识别的需求。

1. 2. 目标识别（识别）：

目标识别的监控需求，是在一般监控的基础上，对画面清晰度（像素数）有更高的要求，要求能够对画面中的人物进行精确的识别，人脸或车牌信息。

1. 3. 细节监控（确认）：

高度清晰的细部特征识别主要用在一些特殊应用场所，比如赌场、ATM机、银行柜员、商场收银等场所，要求在目标识别基础上，得到更多的细节特征参考。

概念解析

像素密度：是指在一定范围内的像素数量。像素密度=水平像素分辨率÷视野范围。比如1920×1080像素，视野场景覆盖1920cm，则像素密度为1920pix÷1920cm=1pix/cm，即100pix/m（PPM）。

利用像素计算器，来看看，像素密度跟哪些参数有关系，通过下图，我们很清晰的看到与摄像机分辨率、物距、焦距有关系。选择一款1080P的摄像机，固定焦距值拖动物距，其分辨率会随着物距的增大而减小；固定物距值，拖动焦距，分辨率随焦距的增大而增大。

我们再次简单的描述下根据监控的三个等级来确认所需的分辨率（以下数据来源安讯士学院）因不同的需求，不同的部门对此也会有不同的标准，在实际应用中，也会受到人的主观判断，现场的环境，摄像机和镜头的成像质量对此都会受影响。SKL（瑞典国家司法科学实验室）建议适用于确认的分辨率应当至少为500像素/米=5像素/厘米。

像素密度

假定人脸宽度为16厘米，那么用于脸部“确认”的推荐值是80像素。

像素的差异对车牌识别的影响

场景覆盖范围

那么一台1280x720的摄像机可以覆盖多大的范围呢?

进行“确认”需要500像素/米，在1280×720分辨率下进行“确认”，则1280像素/500像素=2.56米，可以让我们在这个距离范围内进行确认。因此，在符合500像素/米要求的情况下，我们能够覆盖的最大场景宽度为2.56米。

其他常用分辨率场景宽度覆盖范围：

分辨率	侦测3像素 （20pix/m）	识别16像素 （100pix/m）	确认80像素 （500pix/m）
640×480	32米	6.4米	1.28米
1280×720	64米	12.8米	2.56米
1920×1080	96米	19.2米	3.84米
3840×2160	192米	38.4米	7.68米

结论：摄像机的分辨率越高，在同等像素密度下，所能覆盖更广的场景宽度。

镜头与识别线的关系

从上表中得到的结论720P摄像机，人脸达到“确认”级别，其最大场景宽度为2.56米，随着焦距的变大其水平视角越来越窄，识别线宽度并不会发生变化。

视角与传感器，焦距的关系

视角与摄像机传感器尺寸有关，与镜头焦距有关。当确认了传感器尺寸，镜头焦距，水平视角就固定了。

摄像机监控范围估算

水平视野宽度÷(2×被摄物体的距离)=tan（水平视角/2）

水平分辨率（像素）÷水平视野宽度（米）=像素密度（像素/米）

水平分辨率（像素）÷监控等级像素密度（像素/米）=水平视野宽度（米）

例：某720P的摄像机，传感器尺寸为1/3寸，使用8mm镜头，在20米处可以达到什么样的监控级别？

如上图得知，水平视角为33.4°或查看官方数据。

水平视野宽度=tan（33.4/2）×20×2=12米

1280÷12=106.7（像素/米）＞100（像素/米）

所以，可以达到“识别级”的监控级别。

小结：在估算镜头焦距，镜头视场的时候，可以利用现成的软件而提高工作效率和准确性，当然不同的软件，会有一些误差，这个是可以接受的，善于利用不同的软件，可以达到不同的视觉直观效果，可以达到事半功倍。

大部分的应用环境下，均是已知侦测要求而去合理的选择摄像机和设计安装位置，这个时候也是本文所要阐述的重点。

例：某银行要求摄像机能够清晰的确认坐在柜台前顾客的人脸，每个柜台的宽度为2米，摄像机安装距离柜台4米。

假设采用720P的摄像机，那水平视野宽度=1280÷500=2.56米＞2米，可以选用720P摄像机。利用镜头计算器来测算下推倒的结论，选择一款720P的摄像机，物距为4米，拉动焦距到7.8mm的时候，像素密度为503px/m，水平视野宽度为2.5m符合选型要求。

如果选用一款1080P的摄像机，将会得到怎么样的结果那？

同样的像素密度，同样的物距，将得到1.5倍的水平视野宽度。同理，4K摄像机水平视野宽度为1080P的2倍，是720P的3倍。由此我们可以用1个高分辨率的摄像机来替代2个，3个甚至更多的低分辨率摄像机，来得到相同的水平视野宽度要求。那么，高分辨率的摄像机仅仅只有这么一个优势吗？

仍然以此案例，柜台宽度为2米，摄像机距离柜台4米，要求清晰确认人脸。

先通过理论计算，需要摄像机的数量，

假设选用720P摄像机（1280×720）

12×500÷1280=4.7

如果选用1080P摄像机（1920×1080）

12×500÷1920=3.1

如果选用4K摄像机（3840×2160）

12×500÷3840=1.6

因考虑到经济性以及实际的布局，采用720P摄像机6台或者1080P摄像机3台或4K摄像机2台。

选用720P摄像机，其覆盖范围和数量如图所示（在实际应用中，并不会这样放置摄像机，因为柜员会挡住视线，而摄像机的主要作用是查看点钞机和看清纸币，以免纠纷。摄像机会安装于中心位置的左侧或右侧，特此说明。）

选用1080P摄像机，其覆盖范围和数量如图:

叠加后，看其盲区的覆盖情况:

从图中可以看到，选用更高分辨率的摄像机，其中心区域的盲区被覆盖，在实际应用中，还是有一定的意义的。

高清/超高清摄像机的的优势：

• 更好的画面清晰度

• 更大的场景覆盖范围

• 更低廉的成本（综合管线，设备，维护）

• 相对更低的码流（减轻存储和带宽的压力）

此文仅用于高清应用的一般项目应用理论探讨，未必适用于特殊项目，特此说明！

下篇预告：国产自主视频编码标准SVAC，能被扶得起来吗？