PTZ-камера и оптический зум: что реально видно на 20×, 30× и 45×

Оптический зум PTZ-камеры — самая понятная на вид и самая обманчивая характеристика поворотного оборудования. В прайсе стоит «30×», рядом «45×», разница в цене заметная, и логика подсказывает: 45× видит в полтора раза дальше. На объекте так не получается.

Кратность не говорит ни о дальности, ни о детализации. Она говорит только одно: во сколько раз телеположение объектива длиннее широкого. Всё остальное — фокусное расстояние в миллиметрах, размер матрицы, жёсткость опоры — определяет, что вы реально увидите на 100 или 200 метрах.

Ниже разбираем характеристику по частям: какие фокусные расстояния стоят за каждой кратностью, какой угол обзора остаётся на максимуме, какой ширины кусок пространства попадает в кадр на разных дистанциях и почему на больших зумах главным врагом становится не оптика, а ветер и кронштейн.

Короткий ответ

Кратность — отношение максимального фокусного расстояния к минимальному, а не дальность. Смотреть нужно на телеположение в миллиметрах: у 20× это обычно около 94 мм, у 30× — 129–135 мм, у 45× — около 270 мм. На матрице 1/2,8" объектив 135 мм на 100 м захватывает полосу шириной около 4,2 м, 270 мм — около 2,1 м.

В статье разберём

1. Что означает кратность и почему она не измеряется в метрах.
2. Фокусные расстояния и углы обзора для 20×, 25×, 30×, 40× и 45×.
3. Какой ширины кадр остаётся на 50, 100 и 200 метрах.
4. Почему две камеры с одинаковым «30×» показывают разное.
5. Как ветер, вибрация опоры и воздух портят картинку на максимальном зуме.
6. Как подобрать кратность под свою дистанцию и не переплатить.

Для кого эта статья

• Главным инженерам и снабженцам, которым нужно закрыть периметр, карьер, стоянку или подъездную дорогу.
• Монтажникам, которые считают смету и объясняют заказчику, почему 45× не решит задачу на вибрирующей мачте.
• Проектировщикам, подбирающим оптику под уже заданные точки установки.
• Оптовым покупателям, сравнивающим позиции в прайсе по формальной кратности.

Что означает оптический зум PTZ-камеры и цифра «30×»?

Кратность оптического зума — это отношение самого длинного фокусного расстояния объектива к самому короткому. Если объектив работает в диапазоне 4,5–135 мм, его кратность равна 30: 135 делим на 4,5. Никакой привязки к метрам, объектам или дальности в этой цифре нет.

Отсюда главное следствие: две камеры с одинаковой кратностью могут видеть по-разному. Объектив 4,5–135 мм и объектив 6–180 мм оба честно называются 30×, но телеположение второго длиннее в 1,33 раза, и на той же дистанции он покажет заметно более узкий и крупный фрагмент.

Работает это и в обратную сторону. У объектива 4,7–94 мм (20×) и у объектива 4,8–120 мм (25×) разница в кратности — 25 %, а разница в телеположении — 120 / 94 = 1,28, то есть примерно те же 28 %. Совпадение здесь случайное: минимальные фокусные почти равны. Как только производитель меняет широкий конец, арифметика ломается.

Поэтому при подборе смотрим не на «×», а на две цифры в паспорте: фокусное расстояние PTZ-камеры от и до. Кратность — производная величина, годная для маркировки, но не для расчёта.

Отдельно про цифровой зум. Числа вида «16× цифровой» или «360× суммарный» к оптике не относятся: это растягивание уже снятых пикселей. Деталей от него не прибавляется, и в расчёт дальности он не идёт.

Какое фокусное расстояние и угол обзора дают 20×, 25×, 30×, 40× и 45×?

Чем длиннее телеположение, тем уже угол обзора. На максимальном зуме поворотная камера работает практически как подзорная труба: от широкого обзора остаются один-три градуса.

В таблице — типовые диапазоны, которые встречаются у уличных PTZ, и углы обзора по горизонтали для матрицы формата 1/2,8" (ширина светочувствительной области около 5,6 мм при соотношении 16:9). Точные значения всегда берите из паспорта конкретной модели: диапазоны у разных производителей сдвинуты.

Обратите внимание на правую колонку. Переход от 20× к 30× сужает угол с 3,4° до 2,4° — примерно в 1,4 раза. А переход от 30× к 45× сужает его с 2,4° до 1,2°, то есть вдвое. Разница между соседними позициями в прайсе нелинейна, и именно это чаще всего не учитывают при выборе.

Ещё один вывод из левой части таблицы: у длиннофокусных моделей широкий конец тоже сдвинут. У 45× минимальное фокусное 6 мм против 4,5 мм у 30×, поэтому в обзорном положении такая камера видит ощутимо меньше — 50° против 64°. Если PTZ должна не только «доставать», но и обзорно контролировать двор, это минус.

На каком расстоянии будет виден объект?

Корректнее спрашивать иначе: какой ширины полоса пространства попадает в кадр на нужной дистанции. Эта величина считается просто — дистанцию умножаем на ширину матрицы и делим на фокусное расстояние. Для 1/2,8" ширина 5,6 мм.

Как этим пользоваться. Легковой автомобиль длиной около 4,5 м на 100 м в кадр 20× войдёт целиком и займёт примерно три четверти ширины (4,5 из 6,0 м). На 45× на той же сотне метров кадр всего 2,1 м — машина не поместится, в объектив попадёт меньше половины корпуса. Для контроля номера это хорошо, для понимания обстановки — плохо.

Через ширину кадра удобно оценивать и плотность пикселей. При разрешении 1920 точек по горизонтали и кадре 4,2 м на 200 метрах (45×) получается около 460 точек на метр ширины. Много это или мало для опознания человека и чтения номера — отдельный разговор: критерии DORI и расчёт дистанций распознавания мы подробно разбирали в отдельном материале блога, здесь их не повторяем.

Важная оговорка про матрицу. Все цифры в таблице привязаны к формату 1/2,8". На более крупном сенсоре 1/1,8" светочувствительная область шире (около 7,8 мм при 16:9), и тот же объектив 135 мм даст на 100 м не 4,2, а примерно 5,8 м — кадр шире почти в 1,4 раза. Одинаковая кратность, одинаковое фокусное, разный результат.

Почему две камеры с одинаковым зумом показывают разное?

Потому что кратность описывает только геометрию объектива. На итоговую картинку в телеположении влияет ещё минимум четыре фактора, и все они в паспорте указаны отдельно.

Светосила на длинном конце. На широком угле диафрагма у уличных PTZ обычно около F1,6, на максимальном зуме — порядка F4,0–F4,5. Это примерно три ступени экспозиции, то есть света на матрицу попадает в восемь раз меньше. Вечером камера компенсирует это усилением и выдержкой: растёт шум, смазываются движущиеся объекты. Днём разницу почти не видно, в сумерках она решающая.

Размер и чувствительность матрицы. Крупный сенсор даёт более широкий кадр при том же фокусном (см. выше), но лучше работает в темноте. Это компромисс, а не однозначный плюс.

Глубина резкости. На 270 мм она очень мала. Автофокус начинает цепляться за ближние объекты — капли на стекле, снег, сетку ограждения, ветки — и уходить с цели. На 94 мм этот эффект выражен слабее.

Температурный дрейф. Длиннофокусные блоки чувствительны к перепадам: после ночного похолодания на 20–25 градусов фокус может уйти, и камере нужна повторная фокусировка. На коротком фокусе сдвиг незаметен.

Что мешает картинке на максимальном зуме: ветер, вибрация, воздух?

На больших кратностях узкое поле зрения превращает любое микроперемещение камеры в заметный скачок изображения. Это не брак оборудования, а геометрия: чем уже угол, тем больше пикселей приходится на один градус.

Посчитаем. На 45× угол по горизонтали около 1,2°, а кадр — 1920 точек. Значит, на один градус приходится примерно 1600 точек, а на одну угловую минуту — около 27 точек. Наклон камеры всего на 0,1° сдвигает картинку на 160 точек, то есть на 8 % ширины кадра.

Теперь переведём эти 0,1° в механику. Если кронштейн имеет вылет 0,5 м, повороту основания на 0,1° соответствует смещение конца кронштейна меньше чем на 1 мм. Деформация, которую рукой не почувствуешь, на 45× гоняет изображение на 8 % кадра. На мачте с раскачкой от ветра амплитуда больше в разы.

Отсюда практический вывод: при кратности выше 30× опора и крепление становятся такой же частью системы, как сама камера. Тонкостенный кронштейн, одиночный анкер в газобетоне, столб освещения с вибрацией от проезжающей техники — всё это обесценивает длинную оптику. Нужны короткий вылет, жёсткое основание, закладная или усиленная площадка. Подходящие кронштейны и стойки берутся из монтажного оборудования, и экономить на них при 40–45× смысла нет.

Помогает ли электронная стабилизация?

Частично. Электронная стабилизация хорошо гасит высокочастотную мелкую вибрацию — дрожь от трансформатора, вентилятора, проезжающего транспорта. Она работает за счёт запаса по краям матрицы, поэтому часть кадра уходит в резерв, а угол обзора немного сужается.

Чего она не делает: не компенсирует медленную раскачку мачты с периодом в секунды и не исправляет постоянное смещение из-за ослабшего крепежа. Против ветровой раскачки помогает только механика — уменьшение вылета, усиление опоры, перенос точки на стену.

Что делает воздух на дистанциях от 150 метров

Турбулентность и тепловая дымка. Над нагретым асфальтом, крышей или промплощадкой воздух дрожит, и на телеположении это видно как плывущее, «кипящее» изображение. Никакая оптика это не убирает: мы смотрим сквозь неоднородную среду.

Практический приём — поднимать трассу наблюдения выше нагретых поверхностей и не рассчитывать на максимальную детализацию в жаркий полдень. Для круглосуточных задач на 200+ метрах детализацию планируют с запасом.

Точность возврата на пресет

Чем длиннее фокус, тем критичнее механика поворотного узла. Люфт или погрешность позиционирования в те же 0,1° на 45× уводит кадр на 160 точек — объект, под который настраивали пресет, может уехать к краю кадра. Если патрулирование по пресетам входит в задачу, точность позиционирования стоит смотреть в паспорте отдельной строкой.

Как выбрать кратность под свою дистанцию?

Порядок простой: сначала фиксируем дистанцию и нужную ширину кадра, потом считаем фокусное, и только затем смотрим, какой кратности оно соответствует у конкретной модели.

1. Определите рабочую дистанцию от точки установки до самой дальней зоны интереса — по плану, а не на глаз.
2. Решите, какой фрагмент должен попадать в кадр. Контроль обстановки у ворот — полоса 8–12 м. Автомобиль целиком — 5–6 м. Номер или лицо — 1–2 м.
3. Посчитайте фокусное: дистанция умножается на ширину матрицы и делится на нужную ширину кадра. Для 1/2,8" ширина матрицы 5,6 мм. Пример: 150 м и кадр 3 м дают 150 × 5,6 / 3 = 280 мм — это уже за пределами 45×, задачу надо решать иначе.
4. Добавьте запас 20–30 % на дрожание, атмосферу и неточность пресетов. Работать постоянно на самом конце зума не стоит.
5. Проверьте опору. Если точка установки — высокая мачта без усиления, кратность выше 30× даст меньше пользы, чем перенос камеры ближе к объекту.

Частая и рабочая альтернатива длинному зуму: вместо одной PTZ 45× на мачте поставить фиксированную камеру ближе к зоне интереса, а поворотную оставить на обзор и доведение. Две точки нередко выходят дешевле и устойчивее одной «дальнобойной» — считать нужно по объекту.

Два технических вопроса, которые тянет за собой любая PTZ, разберём в отдельных статьях: питание поворотных камер (PoE+ против 24 В и падение напряжения на длинной линии) и расчёт битрейта и нагрузки на канал.

Связанные категории товаров

• Поворотные (PTZ) камеры — модели с оптическим зумом для улицы и помещений.
• Камеры видеонаблюдения — фиксированные камеры, которыми дополняют PTZ в обзорных и опорных точках.
• Видеорегистраторы и NVR — приём и запись потока с поворотных камер.
• Монтажное оборудование — кронштейны, стойки, крепёж под жёсткую установку.
• Блоки питания и АКБ — питание PTZ с учётом нагрузки от моторов и подогрева.
• Оптовые поставки и работа с партнёрами — условия для монтажных организаций.

Как мы можем помочь

RS-CAM работает в Волгограде с 2013 года: проектируем, монтируем и потом обслуживаем то, что поставили. По PTZ это значит, что мы считаем кратность не по прайсу, а по плану объекта — от точки установки до зоны интереса, с проверкой, выдержит ли опора длинную оптику.

Если задача шире одной камеры, собираем её целиком: установка видеонаблюдения с подбором оборудования, трассами, питанием и записью. Монтажным организациям поставляем оборудование, в том числе оптом, и помогаем подобрать аналог, если нужной позиции нет в наличии.

Главный вывод

Кратность оптического зума — отношение фокусных расстояний внутри объектива, а не дальность обзора. Для расчёта нужны телеположение в миллиметрах и формат матрицы: 135 мм на 1/2,8" дают на 100 м полосу около 4,2 м, 270 мм — около 2,1 м.

Выше 30× оборудование начинает упираться не в оптику, а в механику и среду: наклон опоры на 0,1° уводит кадр на 8 % его ширины, а тепловая дымка на 200 метрах срезает детализацию независимо от цены камеры. Поэтому кратность подбирают вместе с точкой установки и кронштейном, а не отдельно от них.

Вопросы и ответы (FAQ)