CCTV: risoluzione e obiettivo, la matematica DORI

CCTV: risoluzione e obiettivo, la matematica DORI

Di Zoey Zhang, Fondatrice e specialista principale di approvvigionamento

Sourcing Guide
Technical China Sourcing Vlog: 2-Day BOQ & QC for CCTV, Barrier Gates, Smart Locks & IP Phones

    Tre numeri sullo stesso preventivo sono tutti veri — «4 megapixel», «portata IR 30 m», «0.001 lux» — e nessuno dei tre risponde alla domanda che l’acquirente sta davvero facendo: una persona che cammina verso la telecamera a 20 m, la identifichiamo o no?

    È l’incomprensione più costosa negli acquisti CCTV. Il numero di pixel dice solo quanto è grande il campo, non quanti pixel occupa il soggetto dentro quel campo; e se una persona sia identificabile dipende da quanti pixel sono impilati su quella persona. La misura è la densità di pixel in px/m, è definita in una norma e si ricava da una tabella — eppure quasi non compare mai sul preventivo di un fornitore.

    Nei sistemi a bassa tensione per progetti alberghieri e commerciali le telecamere sono la voce con più punti e con le modifiche più difficili: posizione e lunghezza focale sono fissate, il passacavi è montato, il controsoffitto è chiuso, e solo allora qualcuno si accorge che un punto critico «vede ma non riconosce» — e la soluzione è una seconda telecamera oppure un obiettivo sostituito e un riposizionamento. Per questo l’articolo non confronta marche di telecamere (lo trovate in sourcing di telecamere CCTV e in audit di fabbrica con test PTZ). Tratta una cosa sola: come calcolare risoluzione e obiettivo da distanza e scopo, e poi come scriverli nella RFQ.

    Telecamera di sorveglianza su staffa a parete in un ambiente interno poco illuminato

    1. Prima lo scopo, poi i pixel: la densità di pixel è l’unico numero confrontabile

    La IEC 62676-4, la guida applicativa per i sistemi di videosorveglianza, definisce i gradi di qualità dell’immagine in base a quanti pixel occupa nel campo un volto umano largo 16 cm, espresso in pixel per metro. L’edizione 2014 fissa i quattro gradi DORI:

    GradoDensità di pixelCosa permette di valutarePunti tipici
    Rilevare25 px/mSe una persona è entrataPerimetro, fuori dal muro, tetto
    Osservare63 px/mQuante persone, di che colore l’abbigliamentoHall, corridoi, parcheggio
    Riconoscere125 px/mSe è qualcuno già vistoAtrio ascensori, corridoio di piano, corridoio di servizio
    Identificare250 px/mChi è questa personaTornello d’ingresso, cassa, porta ufficio amministrazione

    (La stessa norma prevede anche un grado «monitoraggio» da 12.5 px/m e un grado «ispezione» da 1000 px/m, quest’ultimo per il dettaglio a livello di documenti e targhette.)

    Occhio all’edizione. Le versioni più recenti della IEC 62676-4 sostituiscono i quattro gradi DORI con un sistema a sette gradi a 20 / 40 / 80 / 125 / 250 / 500 / 1500 px/m, con nomi e soglie diversi. Significa che la stessa telecamera può essere quotata come «portata di identificazione 20 m» sulla vecchia tabella e finire nel grado da 80 px/m sulla nuova, con una distanza più corta. L’azione di acquisto è semplice: indicate nella RFQ su quale edizione e su quale grado state calcolando, e chiedete al fornitore il calcolo che produce quella distanza, non solo la conclusione «30 m».

    2. Quanto arriva lontano una risoluzione: si calcola la larghezza del campo, non la distanza

    Densità di pixel = pixel orizzontali ÷ larghezza del campo. Quindi, a risoluzione fissa, nota la larghezza del campo si sa fino a che distanza arriva ogni grado. Girando il calcolo, la larghezza massima del campo è la larghezza entro cui quella risoluzione tiene ancora il grado:

    RisoluzioneRilevare 25 px/mOsservare 63 px/mRiconoscere 125 px/mIdentificare 250 px/m
    2MP (1920 px)76.8 m30.5 m15.4 m7.7 m
    4MP (2560 px)102.4 m40.6 m20.5 m10.2 m
    8MP (3840 px)153.6 m61.0 m30.7 m15.4 m

    La tabella va letta così: una telecamera 4MP rispetta il grado riconoscere solo finché il campo non è più largo di 10.2 m. Se quella 4MP è montata in una hall con un grandangolo che apre un campo largo 30 m, di fatto sta al grado osservare — le persone nel campo hanno tratti visibili ma non riconoscibili. È esattamente per questo che capita «4 megapixel e comunque sfocato».

    3. Lunghezza focale: campo visivo e distanza sono un compromesso

    La lunghezza focale decide quanto è largo il campo. Campo visivo orizzontale ≈ 2 × arctan(larghezza sensore ÷ (2 × lunghezza focale)); larghezza del campo = distanza × larghezza sensore ÷ lunghezza focale. Prendendo come esempio il sensore 1/2.8″ più diffuso, largo efficacemente 5.6 mm:

    Lunghezza focaleCampo visivo orizzontaleLarghezza campo a 30 m
    2.8 mm90.0°60 m
    4 mm70.0°42 m
    6 mm50.0°28 m
    8 mm38.6°21 m
    12 mm26.3°14 m

    Sostituite sempre la larghezza del sensore ipotizzata con il dato reale del datasheet del fornitore — i sensori 1/1.8″, 1/2.8″ e 1/3″ hanno larghezze diverse, e a parità di focale la larghezza del campo può variare del 20-30 percento. La formula non cambia: sostituite e calcolate.

    Telecamera dome da esterno montata su palo

    La lunghezza focale decide la larghezza della copertura; la custodia non decide quanto lontano vede la telecamera — le telecamere della stessa serie di solito condividono la custodia e differiscono solo per i pochi millimetri stampati sull’obiettivo.

    4. Invertire il calcolo dell’obiettivo: tre punti reali svolti

    Con queste due formule la selezione si fa all’indietro: fissate «a che distanza e cosa si deve vedere», calcolate la larghezza di campo necessaria, poi scegliete lunghezza focale e risoluzione.

    Punto e requisitoDistanzapx/m necessariRisoluzioneLarghezza campo maxFocale minScelta effettiva
    Ingresso hotel, identificare20 m2504MP10.24 m10.9 mm12 mm fisso
    Baia di carico, riconoscere30 m1254MP20.48 m8.2 mm8 mm fisso
    Corridoio di piano, identificare10 m2502MP7.68 m7.3 mm8 mm fisso
    Vista d’insieme piazzale, rilevare l’ingresso60 m254MP102.4 m3.3 mm4 mm (il 2.8 mm dà solo 21 px/m, sotto il grado)
    Vialetto, tratto intermedio, identificare15 m2508MP15.36 m5.5 mm6 mm fisso

    La tabella dice due cose. Primo, punti diversi dello stesso edificio richiedono lunghezze focali e risoluzioni diverse — un unico modello su tutto il sito è sbagliato in partenza. Secondo, «copertura abbastanza ampia» e «pixel abbastanza densi» sono in conflitto: più ampio è il campo di un grandangolo, più basso è il px/m a parità di distanza, quindi ogni punto va ricavato all’indietro dalla focale minima invece di essere indovinato in avanti partendo da una distanza di osservazione. Per un punto che deve identificare a 15 m vanno bene sia 8MP con 6 mm sia 4MP con 12 mm; il primo dà un campo più ampio che copre anche i due lati del vialetto, il secondo un campo più stretto che guarda un solo punto. La differenza di prezzo reale non è nella telecamera, è nello storage che ci sta dietro.

    Ci sono poi due condizioni fisiche che finiscono regolarmente scritte nel posto sbagliato: altezza di installazione e angolo di inclinazione. L’identificazione di un volto richiede la telecamera più o meno all’altezza del viso e un’inclinazione non superiore a circa 30 gradi; montata a 6 m su un palo e puntata a piombo, si vede la sommità della testa e le spalle, e nessuna densità di pixel lo salva. Il computo delle telecamere deve riportare insieme altezza, inclinazione e distanza orizzontale: «distanza 20 m» da sola non basta.

    5. Quattro numeri sul preventivo — su cosa bisogna insistere

    Dichiarazione di marketingCosa significa davveroCosa chiedere nella RFQ
    «4 megapixel»Solo il totale dei pixel, niente sulla dimensione del pixelModello del sensore più pixel pitch in µm. A 4MP, il 1/2.8″ sta a circa 1.95 µm e il 1/1.8″ a circa 2.81 µm — più o meno il doppio dell’area, quasi uno stop di vantaggio con poca luce
    «0.001 lux»Di solito misurato con tempo di otturazione lento e guadagno massimoChiedete i valori di lux e guadagno con otturatore a 1/30 s. Un otturatore lento fa sembrare luminosa una scena statica e striscia nel momento in cui una persona cammina
    «Portata IR 30 m»La gittata nominale dell’illuminatore IR, non una distanza utile di riconoscimentoChiedete lunghezza d’onda (850 nm con alone rosso visibile, 940 nm senza ma meno efficiente), potenza dell’illuminatore e la distanza efficace a 3 m di altezza e 20 gradi di inclinazione (in pratica un dato nominale va scontato al 50-70 percento; è esperienza di cantiere, non una norma)
    «H.265 dimezza tutto»Fa risparmiare bitrate e storage, non qualità dell’immagineFissate in specifica un tetto di bitrate (per esempio stream principale 4MP ≤ 4 Mbps) e il profilo di codifica, altrimenti il bitrate di default alla consegna è il doppio del nominale e lo storage semplicemente non basta

    6. Quando i pixel salgono, i soldi finiscono in dischi, switch e rack

    È il conto che gli acquirenti saltano più spesso. H.265, registrazione continua, 30 giorni:

    Bitrate per canaleAl giornoUn canale, 30 giorni64 canali, 30 giorni (lordo)Dischi da 8 TB (7.2 TB utili)
    2 Mbps (tipico 2MP)21.6 GB0.65 TB41.5 TB6-7 dischi
    4 Mbps (tipico 4MP)43.2 GB1.30 TB82.9 TB12-13 dischi
    8 Mbps (tipico 8MP)86.4 GB2.59 TB165.9 TB25 dischi o più

    Passare da 2MP a 8MP su 64 canali trasforma 7 dischi in 25, prima di RAID e dischi di riserva. Allo stesso tempo ogni canale 8MP consuma più banda sulle porte dello switch, la banda di acquisizione e la capacità di decodifica dell’NVR obbligano a cambiare modello, e unità rack, budget PoE e persino il raffreddamento del locale vanno ricalcolati. La registrazione su movimento, che in pratica archivia circa il 40 percento del tempo, può portare 8MP a circa 33 TB — ma è storage a richiesta, e bisogna verificare che i criteri di accettazione lo consentano.

    Il principio di selezione reale è quindi: alta risoluzione sui punti critici, risoluzione adeguata sui punti di transito. Mettete 8MP sui cinque-otto punti di ingresso, cassa e atrio ascensori, tenete 2-4MP grandangolo sugli altri cinquanta canali circa, e sia il prezzo totale sia lo storage risultano più bassi rispetto a 8MP ovunque. L’aritmetica dettagliata di storage e banda è in Storage e banda CCTV per un hotel da 500 camere; i budget di uplink e porte PoE sono in sourcing di switch PoE a 24 porte e in sourcing di cablaggio strutturato.

    Switch e patch panel cablati in ordine dentro un rack

    Quando i pixel salgono, a costare davvero di più sono dischi, canali NVR, porte switch e unità rack — voci che tendono a essere «quotate a parte».

    7. Le dieci righe di specifica da mettere nella RFQ

    Mandate le dieci righe qui sotto come tabella a tre fornitori e i preventivi diventano confrontabili (pretendete un numero in ogni riga: «standard» e «configurazione normale» non si accettano):

    1. Numero e posizione del punto telecamera (interno / esterno / controsoffitto / palo)
    2. Altezza di installazione e angolo di inclinazione in gradi
    3. Distanza orizzontale dal bersaglio in metri
    4. Grado di scopo per quel punto (rilevare / osservare / riconoscere / identificare) e i px/m corrispondenti
    5. Su quale edizione e quale tabella di gradi si basa il calcolo (62676-4 2014 quattro gradi, oppure i sette gradi più recenti)
    6. Risoluzione richiesta e pixel pitch
    7. Tipo di obiettivo (fisso o varifocale), intervallo di focale, campo visivo orizzontale richiesto
    8. Condizione di poca luce: requisito di lux e guadagno con otturatore a 1/30 s
    9. Codifica e tetto di bitrate, stream principale e secondario
    10. Metodo di accettazione: snapshot alla distanza nominale e misura del numero di pixel orizzontali sul volto (≥ 40 px è il minimo per il riconoscimento)

    Consegnate insieme la planimetria delle telecamere e le foto del sito e le risposte tornano in una forma completamente diversa; è anche per questo che il computo delle telecamere va preparato presto nella progettazione ELV di piano per un hotel da 500 camere.

    8. Cinque controlli di accettazione in cantiere

    Le immagini di giorno nascondono tutti i problemi. Questi cinque decidono la qualità della consegna:

    1. Misurate la densità di pixel. Fate stare una persona alla distanza nominale, scattate uno snapshot, misurate la larghezza in pixel del volto. Sotto i 40 px è «non riconoscibile», cioè il grado riconoscere non è stato rispettato — una prova più solida di qualsiasi datasheet.
    2. Poca luce. Spegnete l’illuminatore, lasciate solo la luce ambiente, fate uno snapshot con otturatore a 1/30 s e guardate rumore e strisciamento in movimento, non se il fotogramma statico sembra luminoso.
    3. IR sul campo. Di notte mettete una persona alla distanza nominale e verificate se il contorno del volto si risolve; il calo dell’IR e lo spostamento di fuoco si vedono in questo passaggio.
    4. Zoom e fuoco. Sulle telecamere varifocali controllate separatamente la messa a fuoco di giorno e di notte (il fuoco si sposta alla lunghezza d’onda dell’IR), poi bloccate la regolazione e annotate la lunghezza focale.
    5. Bitrate e registrazione continua. Registrate un’ora di continuo, misurate il bitrate medio rispetto al valore specificato e verificate acquisizione dell’NVR e riproduzione remota a pieno carico.

    Dimensione del campione e regole di accettazione/rifiuto seguono la tabella di campionamento AQL; allineate il processo pre-spedizione all’ispezione pre-spedizione in Cina e alla checklist di controllo qualità per telecamere di sorveglianza; verificate i certificati riga per riga con come controllare un certificato di prodotto invece di fidarvi di un PDF sulla parola.

    9. Sei trappole

    1. Trattare il numero di pixel come qualità dell’immagine. Un 4MP grandangolo su una hall mette tutti al grado osservare, e quando succede qualcosa non si identifica nessuno.
    2. Confrontare i megapixel e non il pixel pitch. A parità di 4MP, la differenza di immagine notturna tra un sensore a pixel piccolo e uno a pixel grande è molto più ampia della differenza diurna.
    3. Un solo modello per tutto il sito. Il grandangolo ovunque è economico e facile, e il prezzo è che i punti critici non sono mai abbastanza nitidi.
    4. Ignorare altezza e inclinazione. Un palo a 6 m che guarda in basso una persona a 20 m vede la sommità della testa; il computo deve riportare altezza e angolo.
    5. Quotare lo storage su 30 giorni nominali. Il bitrate reale è il doppio del nominale, quindi la consegna ne tiene 15 giorni — oppure il cliente paga altri dischi.
    6. Accettare solo campioni diurni. Prestazioni IR di notte, strisciamento da otturatore lento e spostamento di fuoco restano tutti invisibili.

    Prossimo passo: mandateci il computo delle telecamere, revisione della specifica in 48 ore

    Se avete una planimetria, un computo delle telecamere o il preventivo del fornitore precedente, mandatelo — WhatsApp o email vanno bene entrambi — e entro 48 ore vi restituiamo tre cose: (1) il grado di densità di pixel che ogni punto richiede in base a distanza e scopo; (2) la combinazione consigliata di risoluzione e lunghezza focale, compresi i punti che non vale la pena spingere in alta risoluzione e quanto storage si risparmia; (3) una serie di righe di specifica e criteri di accettazione da mandare in quotazione così come sono. Lavoriamo sul lato acquirente: selezione dei fornitori e audit di fabbrica, e controllo qualità prima della spedizione — il processo completo è in come funzioniamo.

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    Domande frequenti

    Bastano 4MP?

    Dipende da cosa devi vedere e a che distanza, non dal numero di pixel. Una telecamera 4MP (2560×1440) rispetta il grado riconoscere di 250 px/m solo finché il campo non è più largo di 10.24 m. Se quel punto deve identificare una persona a 20 m, con 4MP serve un obiettivo da circa 11 mm, oppure una risoluzione più alta con un obiettivo più lungo. Prima scrivi distanza e scopo, poi risali ai pixel.

    8MP è sempre meglio di 4MP?

    Di giorno no, e di notte spesso è peggio. 8MP ha più pixel, ma sullo stesso sensore ogni pixel è più piccolo e raccoglie meno luce, quindi il rumore con poca luce è visibilmente peggiore; anche il bitrate raddoppia, e con lui raddoppiano i costi di storage e di switch. La ripartizione sensata è alta risoluzione su pochi punti critici — ingresso, cassa, atrio ascensori — e 2-4MP grandangolo sulle aree di transito.

    Un obiettivo varifocale 2.8–12 mm non sarebbe più semplice?

    Più semplice, ma a un prezzo. Un varifocale costa più di un obiettivo fisso, di solito ha un'apertura più piccola e perde in prestazioni con poca luce; inoltre, una volta regolato male in cantiere o spostato, la qualità dell'immagine cambia. L'approccio più solido è obiettivi fissi scelti in base alla distanza, con una verifica a snapshot della densità di pixel dopo l'installazione. Il varifocale va riservato ai casi in cui una sola telecamera deve davvero coprire un intervallo di distanze, per esempio un vialetto da 8 m a 40 m, e la lunghezza focale va annotata nel verbale di messa in servizio.

    Come bilancio la densità di pixel rispetto allo storage?

    Fai tutti e due i conti prima di decidere. Con H.265 a 4 Mbps un canale vale circa 43.2 GB al giorno e 1.3 TB in 30 giorni; 64 canali fanno circa 83 TB lordi, cioè una dozzina o più di dischi da 8 TB. Il costo vero di 8MP ovunque non sono le telecamere, ma i dischi, il numero di canali dell'NVR, gli switch e lo spazio in rack. Concentrare l'alta risoluzione sui punti critici di solito fa risparmiare più della metà dello storage.

    Il fornitore dice che è conforme alla EN 62676. Cosa dimostra?

    Quasi nulla. La IEC/EN 62676-4 è una guida applicativa — come scegliere le telecamere e calcolare la densità di pixel — non un certificato di prodotto. La conformità di prodotto sta nei rapporti di prova della parte specifica, come 62676-1-1 e 62676-2-1, o in una certificazione di terza parte. Chiedi il numero del rapporto di prova della parte specifica invece di accettare una frase che dice che il prodotto è conforme alla norma.

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