Tutorial: Jak z rzutu budynku zrobić plan kamer z obiektywem i wysokością montażu

Plan kamer zaczynający się od liczby kamer wytwarza pokrycie, a nie dowody. Plan zaczynający się od jednego zdania na stanowisko wytwarza mniej kamer i użyteczny materiał.

Zdanie ma zawsze tę samą postać: w tym miejscu musi dać się dowieść tego. Wszystko dalsze – obiektyw, rozdzielczość, wysokość montażu, kąt – wynika z tego zdania przez rachunek, a rachunek mieści się na jednej stronie.

Wyjście od pytania, a nie od kamery

Cztery poziomy przydatności określa norma EN 62676-4, znane pod angielskimi literami początkowymi: detect, observe, recognise, identify. Każdy jest gęstością pikseli mierzoną w poprzek sceny, a kroki między nimi to mnożnik dwa.

Który poziom jest potrzebny, to pytanie do miejsca, a nie do budżetu. Podwórze potrzebuje obserwacji, bo użytecznym pytaniem jest tam: co się stało. Brama, drzwi wejściowe, kasa, korytarz bez drogi zastępczej – tam potrzebna jest identyfikacja, bo użytecznym pytaniem jest: kto.

To rozróżnienie utrzymuje plan w niewielkich rozmiarach. Identyfikacja jest droga i udaje się tylko na krótkim odcinku; obserwacja jest tania i pokrywa wiele. Plan, w którym każda kamera identyfikuje, to plan niedomyślany do końca – i kończy się zwykle jako plan, w którym nie robi tego żadna.

Oznaczenie punktów na planie

Pierwsze przejście po rzucie albo planie sytuacyjnym odbywa się bez jakiejkolwiek myśli o kamerze. Wystarczą trzy oznaczenia.

Krzyżyk trafia w każde miejsce, przez które wszyscy muszą przejść: brama, drzwi wejściowe, klatka schodowa, lada. To punkty identyfikacji, a jest ich mniej niż się oczekuje – posesja ma ich zwykle dwa albo trzy, nie osiem.

Kreskowanie trafia na wszystko, co ma być obserwowane, a nie rozdzielane: podwórze, parking, magazyn. Poziom obserwacji, szeroki obiektyw, mało kamer.

A strzałka trafia w każde miejsce, gdzie słońce stoi nisko. Kamera patrząca na zachód w szklane drzwi ma po południu jasny prostokąt, a przed nim sylwetkę, i nie zmieni tego żaden obiektyw. Duży zakres dynamiki poszerza tolerancję o jedną, dwie przysłony; obrócenie kamery tak, by światło padało od tyłu, usuwa problem.

Od zadania do obiektywu

Dwa wzory łączą oznaczenie na planie z pozycją na zamówieniu. Pierwszy zamienia ogniskową w szerokość, drugi tę szerokość w gęstość.

szerokość sceny = odległość × szerokość matrycy / ogniskowa
gęstość pikseli = piksele w poziomie / szerokość sceny

Przeliczone raz, ze zwykłą matrycą 1/2,8 cala – o szerokości 5,6 milimetra – i kamerą 4K o 3840 pikselach w poziomie. Brama leży 20 metrów od punktu montażu, a wymagana jest identyfikacja.

wymagana szerokość = 3840 px / 250 px/m           = 15,4 m
wymagana ogniskowa = 20 m × 5,6 mm / 15,4 m       =  7,3 mm

z obiektywem 8 mm:   20 × 5,6 / 8   = 14,0 m  →  274 px/m   identyfikacja
z obiektywem 6 mm:   20 × 5,6 / 6   = 18,7 m  →  206 px/m   rozpoznanie
z obiektywem 2,8 mm: 20 × 5,6 / 2,8 = 40,0 m  →   96 px/m   obserwacja

Zamówić należy najbliższą ogniskową powyżej 7,3, bo obiektyw nieco za długi jedynie zawęża pole widzenia, a nieco za krótki kosztuje cały poziom. Ten sam rachunek wstecz daje drugą użyteczną liczbę: z obiektywem 8 mm identyfikacja sięga 21,9 metra, a rozpoznanie 43,8. Ta para liczb należy do planu, bo mówi, gdzie kamera przestaje wykonywać zadanie.

Poprawka łatwa do zapomnienia: osoba przecinająca pole widzenia ukośnie jest dalej niż punkt na planie. Zmierzenie odległości do dalszej krawędzi przejścia zamiast do jego środka nic nie kosztuje i zapobiega kamerze identyfikującej wyłącznie na środku drzwi.

Wysokość montażu i kąt

Gęstość pikseli zakłada, że obiekt pojawia się w poprzek kadru. Kamera zamontowana wysoko i skierowana stromo w dół widzi czubek głowy w znakomitej gęstości i nie identyfikuje nikogo – a żaden rachunek z poprzedniego rozdziału tego nie zauważa.

Obejmują to dwie zasady. W punkcie identyfikacji kąt między osią kamery a poziomem powinien pozostać poniżej mniej więcej 20 stopni – przy 20 metrach odległości i wysokości twarzy 1,6 metra oznacza to kamerę na wysokości od 2,5 do 3,5 metra. A kamera niżej niż 2,5 metra jest w zasięgu ręki, co stanowi problem innego rodzaju.

kąt = atan( (wysokość montażu − 1,6 m) / odległość )

3,0 m na 20 m  →  4,0°    dobrze
3,0 m na  5 m  → 15,6°    jeszcze do przyjęcia
3,0 m na  2 m  → 35,0°    czubek głowy zamiast twarzy

Ostatnia linia to zwykły błąd przy drzwiach wejściowych: kamera siedzi nad drzwiami i patrzy w dół na osobę w nich stojącą. Zaradzi temu nie lepsza kamera, lecz inne położenie – naprzeciw drzwi, a nie nad nimi, dostatecznie daleko, by kąt pozostał płaski.

Zasięg podczerwieni zasługuje na tę samą nieufność co gęstość pikseli. Podanie 30 metrów mierzone jest najwęższym obiektywem, jaki daje obudowa; ten sam promiennik na polu 90 stopni sięga może jednej trzeciej tego, bo to samo światło rozkłada się na dziewięciokrotnie większą powierzchnię.

Zapisanie planu

Plan kamer przeżywający montaż to jedna tabela. Jeden wiersz na kamerę, a kolumny to dokładnie podjęte rozstrzygnięcia.

Drugi wiersz pokazuje, dlaczego tabela się opłaca. Obiektyw 4 mm osiąga na 12 metrach rachunkowo gęstość identyfikacji – a kamera i tak pozostaje kamerą obserwacyjną, bo na dalszym końcu podwórza, na trzydziestu metrach, ten sam obiektyw daje 91 px/m. Podanie gęstości bez odległości, dla której obowiązuje, nic nie znaczy; dlatego obie kolumny stoją obok siebie.

Do tego samego wiersza należą jeszcze dwa pola, których brakuje w większości planów: który strumień zasila zapis, a który wykrywanie, oraz ile dni ma przechować pamięć. Jedno i drugie to rozstrzygnięcia, jedno i drugie zmienia przepływność, a jedno i drugie jest teraz o wiele tańsze do podjęcia niż po montażu.

Sprawdzenie przed ułożeniem kabla

Plan da się sprawdzić, zanim cokolwiek zostanie zamontowane, a sprawdzenie trwa godzinę.

Aparat w telefonie ma znaną ogniskową równoważną, zwykle około 26 milimetrów w mierze małoobrazkowej, co odpowiada polu poziomemu około 67 stopni. Stanięcie w przewidzianym punkcie montażu i sfotografowanie sceny pokazuje kadr obiektywu około 4 mm na matrycy 1/2,8 cala. To wystarczy, by zobaczyć, czy słup stoi na drodze, czy okno sąsiada leży w kadrze i gdzie stoi słońce o czwartej po południu.

Kadr dłuższego obiektywu tkwi w tym samym zdjęciu: obiektyw 8 mm pokrywa połowę szerokości obiektywu 4 mm, więc prostokąt narysowany na środkowej połowie obrazu pokazuje to, co zobaczy kamera.

Po montażu jeden pomiar rozstrzyga, czy plan się utrzymał. Osoba staje w punkcie identyfikacji, z nagrania wyciągana jest klatka, a twarz mierzona w pikselach. Twarz ma około 16 centymetrów szerokości, więc 250 px/m odpowiada twarzy o szerokości 40 pikseli. Mniej niż 40 oznacza, że poziom został chybiony, cokolwiek obiecywała karta katalogowa.

Ten pomiar warto powtórzyć po ciemku. Gęstość pikseli jest górną granicą w dzień; nocą przysłona się otwiera, szum rośnie, a redukcja szumu wygładza dokładnie te szczegóły, które obiecywała liczba pikseli. Osoba idąca z prędkością 1,4 metra na sekundę przemieszcza się w czasie naświetlania 1/30 sekundy o 4,7 centymetra – przy 274 px/m to trzynaście pikseli rozmycia w poprzek twarzy. Tam, gdzie nocą naprawdę trzeba identyfikować, czas naświetlania należy ograniczyć do 1/100 sekundy, a brakujące światło wziąć z lampy, a nie z dłuższego naświetlania.