Мегапікселі – чому кількість не значить якість?

12 Мегапікселів – саме таке розширення мають відеокамери на «яблучних» телефонах останніх модифікацій. І 5-6 Мп., зрідка 8 Мп. – таке розширення мають відеокамери спостереження на нашому сайті. Постає резонне питання – чому камери «відстають»? Хіба не важливіше мати 12 Мп на камері відеоконтролю скажімо в банку, ніж просто для розваги на Айфоні?

Розширення, кількість Мегапікселів уже роками є для обивателя ключовим критерієм при розгляді якості відеокамер. Та чи так важливе розширення насправді, і чому в камері спостереження цілком достатньо 4-х – 5-и Мегапікселів – розглянемо в цьому матеріалі.

Правила і визначення

Насамперед коротке визначення – воно просте: «Мережевий протокол» – набір деяких правил, точніше алгоритмів, які дозволяють пристроям, що підключені до мережі інтернет, коректно обмінюватися даними. Простими словами – якщо нам треба щоб відео, яке записала ІР-камера підключена через Wi-Fi, потрапило на наш відеореєстратор чи сервер, нам потрібно перегнати його з допомогою мережевого протоколу. Але дати команду самій камері на відправлення відео ми зможемо лише через інший мережевий протокол. Отже, що це за протоколи, які активно використовуються в галузі відеоспостереження? Їх насправді дуже багато, причому, зазвичай протокол насправді є кластером, в який входять десятки інших протоколів. Ось чотири таких кластерів і є найважливішими в нашій галузі: RTSP, TCP, UDP, i RTP. Розберемо кожен поокремо.

Вплив матриці

Для початку розберемося в категоріях, які беруть участь в творенні будь-якої картинки, відзнятої відеокамерою, ну чи фотокамерою – без різниці. Отже, всі знають, що фотографія чи відеокадр – це банальне світло, яке було захоплено об’єктивом камери, відбито і зафіксовано на якусь світлочутливу поверхню (ISO). Розберемо цей шлях детальніше. Умовне світло (яке несе інформацію про момент дійсності – хай це буде наше красиве обличчя на фоні моря, наприклад) проходить через об’єктив камери (точніше протискується через вузьку щілинку, яка називається діафрагмою об’єктива) і фокусується на прямокутну поверхню, що називається матрицею.

Матриця буває різної величини, і її розмір оцінюється діагоналлю в дюймах. Тобто, якщо написано в характеристиках камери: 1/4″, 1/3″, 1/2″ – це значить що діагональ пластини четверта, третя частина, чи половина дюйма – остання найширша (приміром в 2-х мегапіксельній ІР-відеокамері TD-9423A3-FR величина матриці складає 1/2,8″). А якщо найширша, то значить і світло зможе прийняти із набагато ширших кутів, ніж вузька – 1/4″.

І ось тепер питання – що це взагалі піксель, і Мегапіксель? Піксель – це світлочутливий датчик, який розташований на поверхні матриці, і який власне й займається захопленням променю світла. Датчики, пікселі, банально підраховуються – десятки, сотні, тисячі. Якщо пікселів мільйон, ми говоримо що це 1 Мегапіксель. Головне тут пам’ятати – що пікселі це стала величина – 4 Мп. – це завжди чотири мільйони пікселів.

А тепер задачка. Якщо в характеристиках першої камери написано: Роздільна здатність – 4Мп., Тип матриці – …1/4″, а в другої камери написано: Роздільна здатність – 4Мп., Тип матриці – …1/2,7″. Де картинка буде кращою? Звісно ж в другої камери – бо пікселів на обох матрицях однаково (4 Мп.), а сама пластинка в другої камери суттєво більша. Це значить що і пікселі на ній більші, і світла кожен із них захопить більше, і моря з боків фотографії ця матриця захопить більше (ви ще не забули, що ми робимо селфі на фоні моря – див. Ý) – бо кут між краями матриці із вершиною на діафрагмі буде ширший. Значить і простір області, що потрапить в кадр – буде ширшим.

Отже, проміжний висновок – кількість пікселів абсолютно «не зробить погоди», якщо матриця мала – бо і ті пікселі будуть супердрібні. Або їх взагалі буде набагато менше, ніж написано в характеристиках (почитайте при нагоді про явище інтерполяції).

Вплив діафрагми

Ми вже згадували про кут між краями матриці із вершиною в точці діафрагми. Отже, так ненав’язливо ми підійшли до величини, яка в характеристиках камери позначається як: f/1,6 (f – це просто «фотографія»). Ідеться про показники діафрагми. І «f» у цій формулі заміняє «1». Тобто, «f»= «1», розділена на фокусну віддаль в міліметрах (нагадаю, що фокусна віддаль – це перпендикулярний відрізок, побудований від «зіниці діафрагми» до площини матриці). Як це працює? Тип об’єктиву в камері може бути або фіксований (тоді фокусна віддаль – теж завжди однакова), або моторизований – із «зумом» – тоді фокусну віддаль можна регулювати ( в такому випадку в характеристиках пишуть крайні точки віддалі – f/1,6-3,5). Приміром у ІР-відеокамері TD-9632E2 (B20IM2/AR7) SPEED DOME 20-тикратний оптичний зум дозволяє регулювати діафрагму в межах f/5,5-100 мм.

Знову задачка: для простоти візьмемо, що об’єктиви фіксовані (їх дійсно більшість), і в першого показник: f/1,6, а в другого: f/2,8. В першої камери дріб показує більше число, значить «зіниця» – дірка діафрагми буде більша. А значить вона пропустить на матрицю більше світла – і картинка, наприклад нічна, в першої камери буде набагато якісніша.

Вплив діафрагми

Отже, другий проміжний висновок: кількість пікселів абсолютно «не зробить погоди», якщо діафрагма буде пропускати мізерну кількість світла. Пікселям банально нічого буде ловити.

Вплив оптики і висновки

І ще одна важлива характеристика, похідна від діафрагми – це якість оптики. Во суті йдеться про те, наскільки спотвореним сонячний промінь досягне матриці, пройшовши через лінзи. Бо від якості скла напряму залежить «зашумленість» кадру. Кожен з нас, хто робив фото на смартфоні знає, що буває з кадром якщо перед зйомкою не протерти «вічко» камери.

Отже ще один важливий висновок: кількість пікселів абсолютно «не зробить погоди», якщо лінзи «мутні», і оптика неякісна.

І на завершення об’єктивні цифри. При всіх вищезгаданих якісних показниках відео з якістю Full HD (для телевізора HDTV – 1920х1080) можна отримати від 2,1 Мп. Стандартне фото 10х15 теж можна отримати на 1,9 Мп, але буде для нього достатньо навіть… 0,8 Мп. Якщо ви хочете мати можливість маніпулювати кадром – тобто вам потрібно приблизити якийсь фрагмент, збільшити його – тоді беріть 4-5 Мп.-ну камеру. Картинка з високим розширенням може бути потрібна наприклад в казино, де інколи доводиться «зумити» якийсь дрібний фрагмент зображення без втрати чіткості і деталізації (підійде екземпляр із 6-ти мегапіксельним об’єктивом «fish eye» – TD-9568E2 (D/PE/AR2) FISHEYE). А вже на вулиці, наприклад, в нічний час навіть можливості зуму будуть обмежені… можливостями ІЧ-підсвітки. Що з того, що ви зможете приблизити об’єкт із віддалі двохсот метрів, якщо ваша підсвітка «дістає» лише 50 метрів (як наприклад в такому 8-ми мегапіксельному екземплярі, як TD-9482S3 (D/AZ/PE/AR3) – тому він і не дорожчий за камери з подібного типу з меншим розширенням). Ви приблизите просто «чорну діру». Та й загалом, проблема вирішується дуже просто купівлею двох значно дешевших 2 Мп.-х камер, розставлених в різних місцях, ніж «витягуванням» зображення з однієї довгофокусної камери, яка на порядок дорожча.

І в усякому разі, не забувайте проконтролювати якість матриці при цих маніпуляціях. Бо неякісна матриця легко може знівелювати ваші 5 Мп.: картинка може бути сильно «зашумлена» при слабкому освітленні, зйомках вночі, тощо.