Видеокамеры 4K: сферы применения и преимущества

Олег Рубаненко, 24/01/23

О том, что разрешение – не главное, профессионалам известно, но именно этот параметр может оказаться определяющим при выборе камер для видеонаблюдения за удаленными объектами, распознавания лиц и номеров, получения по-настоящему детального видео в реальном времени. Современные IP-камеры с разрешением 4K UHD передают во всех подробностях и анализируют наблюдаемые сцены.

В то время как повсеместно применяются камеры 2 Мпк, а для удешевления проектов приходится обходиться без аналитики, дальновидное решение – пристально рассмотреть модели 4K Ultra HD, главным образом с бортовой видеоаналитикой, как наиболее перспективные в технологическом и других отношениях. Уже сейчас они востребованы во многих сферах.

4K UHD – настоящее будущее

Всего несколько лет назад, когда первые 4K-камеры появлялись поштучно в линейках именитых вендоров, о них говорили с восторгом и придыханием. Теперь эти устройства распространены настолько, что воспринимаются как нечто само собой разумеющееся, и участники рынка ждут от них все более впечатляющих показателей и возможностей. Производители выпускают целые линейки камер ультравысокого разрешения с хорошим выбором моделей по ряду критериев. Развеялись опасения по поводу чрезмерной нагрузки на процессор и непомерно раздутого трафика от камеры. Изделия прошли проверку практикой, которая показала, что они справляются.

Составить представление о нынешних 4K-камерах помогут характеристики, общие для большинства моделей известных брендов: высокопроизводительный процессор, крупная матрица, разрешение 8 Мпк (3840х2160 пк), способность передавать несколько настраиваемых видеопотоков одновременно с полной частотой кадров (до 30 кадр/с). Дополнительные, но важные штрихи к этому "портрету" – встроенный прожектор ИК-подсветки, погодо- и вандалозащита (IP66/IP67/IP6K9K и IK10/IK10+), PoE-питание по витой паре, комплексная киберзащита, терабайтная локальная память.

У камер разных марок свои сильные стороны: например, компания Hanwha Techwin оборудует видеокамеры собственным фирменным чипсетом Wisenet 7, позволяющим реализовать передовые функции. Видеоустройства MOBOTIX/Konica Minolta базируются на открытой системной платформе MOBOTIX 7, обеспечивающей возможность установки видеоаналитических приложений, основанных на искусственном интеллекте, практически без ограничений. Сделать верный выбор проще, если ориентироваться в многообразии моделей и особенностях их использования.

Видеокамеры 4K Ultra HD с бортовой видеоаналитикой наиболее перспективные и применяются во многих сферах Видеокамеры 4K Ultra HD с бортовой видеоаналитикой наиболее перспективные и применяются во многих сферах

Видеокамеры 4К: вот они какие

По типам, формфакторам и исполнению выбор 4K-камер почти безграничный, назовем лишь основные варианты.

Фиксированные

Камеры различных конструкций, без подвижных элементов:

цилиндрические, в основном уличные, поставляются в полном сборе;
купольные для помещений и улицы, в том числе вандалозащищенные модели (из интересных новинок, к примеру, Wisenet XNV-9083RZ с температурным диапазоном от -50 до +55 °C, моторизованным вариообъективом с возможностью удаленной настройки фокусного расстояния и автодиафрагмой P-Iris);
оригинальные бескупольные, как MOBOTIX p71, для широкоугольного обзора помещений со сложным освещением;
корпусные – со свободным подбором объектива (с DC Iris, P-Iris, i-CS).

Панорамные и мультисенсорные

Строго говоря, эти видеокамеры тоже неподвижные, но из-за регулируемых видеомодулей занимают условное положение между стационарными и PTZ-моделями. Разрешение 4K для таких камер, как правило, минимальное, бывает и больше. Применительно к IP-камерам FishEye ("рыбий глаз") высокое разрешение необходимо для полного обзора на 360 град. с детализацией, достаточной, чтобы углубиться в детали. Многосенсорные модели способны формировать видео 8 Мпк в результате бесшовной "склейки" изображения от нескольких сенсоров, например четырех по 2 Мпк. В любом случае они позволяют выполнять цифровое масштабирование и получать качественное изображение фрагментов независимо от глубины зума.

Поворотные

В этой группе видеокамеры с 4K-разрешением, от позиционируемых с невысокими скоростями поворота/наклона до скоростных купольных (до 700 град/с) для помещений и улицы. Зачастую у них полный набор PTZ-функций, включая умное автосопровождение выбранных оператором объектов (AI Auto Tracking) и др. Важный момент, который упускают из вида при выборе: на способности и стоимость PTZ-камеры влияет не столько разрешение ее матрицы, сколько исполнение самого изделия и, главное, параметры объектива, коэффициент оптического увеличения. Попросту говоря, если "наехать" оптическим зумом порядка 42 крат, то можно разглядеть достаточно и при 2-мегапиксельном разрешении. Большое количество пикселей не заменяет хорошую оптику, хотя лучше иметь и то, и другое.

Биспектральные

Комбинированные устройства, сочетающие в едином корпусе тепловизионную камеру с матрицей формата VGA либо CIF и камеру видимого диапазона с разрешением 8 Мпк.

Особенности подобного изделия: работа при любых внешних условиях и освещенности, один IP-адрес и два спектра, то есть способность формировать тепловое и визуальное изображение, и у некоторых моделей – функция наложения одного на другое для полноты картины и принятия более быстрых и верных решений по ситуации.

Видеокамеры 4K UHD востребованы в интеллектуальных транспортных системах

Видеокамеры 4К в новом свете

Разрешение 8 Мпк впечатляет, но качество изображения от камер с этой цифрой в документации не будет одинаково высоким. Все дело в матрице, точнее, в ее величине. Наблюдается устойчивая тенденция от производителей камер видеонаблюдения – увеличивать размер матрицы. И вот мы имеем уже не просто камеру с разрешением 8 Мпк, но камеру, сочетающую 4K с большим сенсором.

Отметим, что среди новых моделей 4K-камер все чаще встречаются изделия, оборудованные КМОП-матрицей с диагональю 1/1,8 дюйма. Заказчики охотно выбирают камеры с большой матрицей из-за их повышенной светочувствительности, а не только ультравысокого разрешения.

Чем лучше чувствительность, тем больше возможностей получения реалистичного видео в цвете предоставит камера при недостаточной освещенности. Более того, если говорить о камерах Full Color, то в сумерки у них вообще может не быть перехода в область черно-белого изображения, по крайней мере при лунном свете и наличии обычного городского освещения, уличных фонарей. Четкую, незашумленную цветную картинку в темноте способны формировать также камеры с технологией Ultra Starlight 4K.

Кстати, некоторые производители комбинируют в своих камерах прожектор ИК-подсветки и светодиодный осветитель белого света: переключение подсветки происходит при появлении, скажем, человека в кадре, чтобы дать камере возможность уловить и передать цветное изображение с большим количеством значимых деталей и информации о происходящем.

Среди новых моделей 4K-камер все чаще встречаются изделия, оборудованные КМОП-матрицей с диагональю 1/1,8 дюйма. Заказчики охотно выбирают камеры с большой матрицей из-за их повышенной светочувствительности, а не только ультравысокого разрешения.

Применение 4К-видеокамер: везде, где только можно

Теоретически 4K-камера способна с успехом заменить любую аналогичную ей видеокамеру с меньшим разрешением на любом объекте, но на практике это пока не проверено. Однако перечень сфер, где предпочтительно применение камер ультравысокого разрешения, неуклонно расширяется. Рассмотрим основные сферы.

Обзорное видеонаблюдение

Высокая разрешающая способность камер и большая область охвата с самого начала сделали модели 4K UHD незаменимыми для охранного видеонаблюдения на крупных объектах. Точнее, хорошо работает связка общего обзора территории с максимальным разрешением и участков (фрагментов), вызывающих интерес, которые передаются отдельными потоками с Full HD. Поддержка виртуальных каналов со своими настройками позволяет выделять главное, сохраняя целостную картину и не перегружая ресурсы видеосистемы.

Распознавание лиц и номеров

Видеокамеры 4K UHD как нельзя лучше подходят для того, чтобы различать детали, благодаря этому востребованы в системах распознавания. В частности, модели Smartec линейки NEYRO II с индексом FRA в названии способны не только распознавать лица, но и определять пол и возраст человека, а также позволяют настраивать специфические правила и реакции на те или иные события. Более того, эти камеры можно использовать для детекции наличия средств индивидуальной защиты (СИЗ): масок, касок/шлемов, очков. Что касается определения номеров, прежде всего транспортных средств, то высокая эффективность 4K-видеокамер обусловлена лучшей плотностью пикселей, которая, в свою очередь, повышает дальность и точность распознавания. Камеры справляются даже в условиях плотного потока транспорта и плохой видимости. Различные модели с LPR-/ANPR-функционалом рассчитаны на разные режимы работы на городских улицах и скоростных автомагистралях (например, корпусная 8 Мпк камера PNB-A9001LP с предустановленным на борт интеллектуальным приложением Wisenet Road AI способна "обслуживать" две полосы движения со скоростью до 140 км/ч).
При этом система определяет не только государственные регистрационные знаки транспортных средств, но еще и марки, типы (легковой или грузовой автомобиль, автобус, мотоцикл и др.), модели, цвета, страны и предоставляет возможность поиска Smart Search по этим атрибутам.

Сфера интеллектуальных транспортных систем – далеко не единственная, где требуется определение номерных знаков и кодов. Есть примеры из отраслей производства, складского хозяйства и логистики, где камеры, в частности MOBOTIX, с соответствующими программными приложениями определяют серийные номера, маркировку продукции, штрихкоды, ярлыки и др., чтобы автоматически контролировать рабочие процессы, вести учет, достоверно фиксировать происходящее.

За счет WiseStream III на основе искусственного интеллекта многократно сокращается объем передаваемых камерой данных без потери качества изображения

Работа видеоаналитики

Благодаря недюжинным задаткам, в первую очередь высокопроизводительному процессору, в камеры 4K UHD внедряются средства анализа видео, в том числе на основе нейросетей. Бортовые и загружаемые извне приложения делают такие камеры подходящими для специфических отраслевых применений, а за счет глубокого обучения повышается точность и уменьшается количество ложных тревог. Самые распространенные алгоритмы связаны с классификацией и подсчетом объектов (человек/машина), детектированием событий внутри и за пределами виртуальных областей (появление/исчезновение объектов), праздношатания и т.д. Для ритейла актуальна бизнес-аналитика, такая как подсчет посетителей, составление тепловых карт торговых залов, управление очередью в кассовой зоне.

Для интеллектуальных транспортных систем – определение остановки транспортного средства в неположенном месте, затора на дороге, аварий и других событий тревоги в заданных пользователем зонах. В этом направлении особенно перспективны биспектральные видеокамеры с аналитикой, обеспечивающие обнаружение объектов в любых условиях и интеллектуальное управление дорожным движением. К примеру, Wisenet TNM отправляют на внутренний сервер по двум каналам метаданные, содержащие информацию о человеке или транспортном средстве, по которым операторы могут быстро вести поиск, извлекать данные и восстанавливать доподлинную картину события. Видеокамера с интеллектом, такая как MOBOTIX M73, может взять на себя роль аналитического сервера и обрабатывать информацию собственными средствами. В дополнение к видеоаналитике некоторые 4K-камеры поддерживают аудиоаналитику с классификацией звуков по типам.

Технологии и функции, благодаря которым 4K-видеокамеры востребованы, обеспечат рост их популярности в дальнейшем. Это и глобальные, как аналитика, и, так сказать, локальные возможности, как выбор объективов, видеокодеков, настроек для каждого из многих видеопотоков, методов улучшения качества картинки.

Прямая трансляция

Встречаются задачи, когда живое видео от камеры видеонаблюдения необходимо передавать непосредственно на ЖК-монитор. И здесь преимущество у камер 4K UHD, так как они идеальные компаньоны для крупнодиагональных панелей. Как вариант можно использовать рабочую станцию и организовать демонстрацию по типу видеостены.

Умный город

В составе решений уровня умного и безопасного города, рассчитанных на повышение качества жизни, комфорта и спокойствия горожан, 4K-видеооборудование может обеспечить качественный видеоконтроль мест массового скопления людей, определение подозрительной активности и нестандартного поведения, обнаружение оставленных вещей и предметов, трекинг подвижных объектов.

Сегодня и завтра 4К-видеокамер

Технологии и функции, благодаря которым 4K-видеокамеры востребованы, обеспечат рост их популярности в дальнейшем. Это и глобальные, как аналитика, и, так сказать, локальные возможности, как выбор объективов (вплоть до широкоугольных, 120 град.), видеокодеков (H.265, H.264 и MJPEG), настроек для каждого из многих видеопотоков, методов улучшения качества картинки (WDR, шумоподавление и т.д.).

Значение имеет любой параметр, от эффективности использования функции цифрового зума до поддержки технологии оптимизации видеопотока, позитивно влияющей на битрейт. Например, за счет WiseStream III на основе искусственного интеллекта многократно сокращается объем передаваемых камерой данных без потери качества изображения.

Почему еще выгодно выбирать видеокамеры 4K? Потому, что в линейках большинства вендоров это предложение – лучшее, а следовательно, в таких камерах будут реализованы передовые инструменты обеспечения усиленной кибербезопасности, включая TPM 2.0 (FIPS 140-2), алгоритмы аутентификации, сертификаты безопасности, защиту ОС и многое другое, и, конечно, поддержка протокола ONVIF, где в списке профилей помимо S, G, T будет и M – новый профиль для повсеместного внедрения аналитики на основе метаданных.

Ультравысокое разрешение, полудюймовая матрица и встроенная видеоаналитика – вот три компонента лучшей, пожалуй, камеры видеонаблюдения. Но это, скорее, в будущем, ведь на данный момент есть немало причин, начиная с серверных мощностей, по которым сфера безопасности еще не готова к тотальному переходу на 4K-видеокамеры.

В нынешних условиях таких камер в проекте не обязательно должно быть много, но задачи для них найдутся практически на каждом объекте.