فریم ریت در دوربین مداربسته

آیا می دانید فریم ریت مناسب با دوربین مداربسته شما چقدر است؟

در این مقاله با مفاهیم زیر آشنا می شوید:

مفهوم فریم و فریم ریت در دوربین مداربسته

سرعت حرکت مردم یا اشیا و چگونگی مقایسه آن با فریم ریت

تفاوت سرعت شاتر و فریم ریت و ارتباط این دو با هم

تاثیر فریم ریت بر روی میزان پهنای باند

میانگین فریم ریت در صنعت نظارت تصویری چیست؟

مفهوم فریم چیست؟

فریم ریت در دوربین مداربسته به معنای سرعت پخش تصویر است. هر فریم به معنی یک عکس است. برای ضبط ویدئو، دوربین در هر ثانیه تعدادی عکس می گیرد و وقتی این فریم ها کنار هم قرار گرفته و عکس ها پشت سر هم نمایش داده می شوند، مغز انسان آن را به صورت یک ویدئو (مجموعه ای از عکس ها) دریافت می کند. اگر سرعت یک ویدیو ۲۵ فریم بر ثانیه باشد، به معنای آن‌ است که در هر ثانیه از این ویدیو، ۲۵ تصویر نمایش داده می‌شود.

برای مثال، فیلم‌های سینمایی معمولاً با فرمت ۲۵ فریم بر ثانیه نمایش داده می‌شوند. به دلیل آنکه این فریم ریت شبیه چیزی است که ما از دنیای واقعی می‌بینیم. در ویدئوهای با سرعت بالا، برای مشاهده جزئیات بیشتر از فریم ریت های بالاتر استفاده می شود. به عنوان مثال برای دوربین های ثبت پلاک در اتوبان ها از دوربین های ۶۰، ۹۰ یا ۱۲۰ فریم در ثانیه استفاده می شود.

دو نوع سیستم تلویزیونی وجود دارد: NTSC و PAL و استاندارد فریم ریت در حالت NTSC، به صورت ۳۰ فریم برثانیه و در حالت PAL به صورت ۲۵ فریم بر ثانیه است. به علت اینکه سیستم تلویزیونی در ایران از نوع PAL است بنابراین در این مقاله ما از ۲۵ فریم بر ثانیه استفاده می کنیم اما عکس ها چون از منبع خارجی می باشند، فریم ریت را ۳۰ نمایش می دهند. در واقعیت این دو از لحاظ سرعت فرقی با هم ندارند، بنابراین عدد ۳۰ در عکس ها را ۲۵ در نظر بگیرید.

سرعت حرکت افراد یا اشیا و مقایسه آن با فریم ریت

سرعت افراد:

یک هدف هرچقدر سریعتر حرکت کند، امکان بیشتری وجود دارد که شما یک حرکت آن را از دست بدهید. بنابراین برای یک تصویربرداری قابل اطمینان به چند فریم در هر ثانیه نیاز خواهیم داشت؟

اگر یک زاویه تصویر ۲۰ درجه را فرض کنیم، یک انسان در حال راه رفتن این مقدار از فضا را در ۵ ثانیه طی می کند در حالی که ۱ ثانیه طول می کشد تا یک انسان در حال دویدن همین مسافت را طی کند.

برای انتخاب میزان فریم ریت باید در نظر داشته باشیم که اگر مثلاً ۱ فریم بر ثانیه را انتخاب کنیم، یک شخص بسته به حالت راه رفتن (آرام یا دویدن) به راحتی می تواند بین ۱ تا ۴ متر را طی کرده باشد و ما حرکت پیوسته فرد را از دست بدهیم.

راه رفتن:

وقتی هدف مورد نظر ما در حال عبور از زاویه تصویر می باشد، می توانیم قدم ها و حرکات او را از یک فریم به فریم دیگر تشخیص دهیم، در حالت ۲۵ فریم بر ثانیه، حرکات کوچکتر بین گام ها قابل تشخیص است.

در حالت ۱۰ فریم بر ثانیه حرکت کمتری قابل تشخیص خواهد بود.

در حالی که با انتخاب ۱ فریم بر ثانیه ممکن است حتی چند قدم از حرکت فرد دیگر دیده نشود.

دویدن:

در حالت ۲۵ فریم بر ثانیه، وقتی شخص در حال دویدن تصویر را طی می کند، نصفِ گامِ دویدن او قابل مشاهده است.

در حالی که با ۱۰ فریم بر ثانیه، چندگام او را از دست می دهیم.

در ۱ فریم بر ثانیه، ممکن است که او را در تصویر نبینیم، یک گام ابتدای تصویر و گام بعدی در انتهای تصویر باشد چون او کل مسیر را در یک ثانیه طی کرده است.

تصویربرداری از صورت:

داشتن تصویر واضح از شخص در حال حرکت ممکن است کمی مشکل باشد، مخصوصاً که آنها ممکن است سر خود را دائم حرکت دهند، در این مثال شخص هنگام راه رفتن سر خود را نیز تکان می دهد تا برداشت دقیقتری از تاثیر فریم ریت داشته باشیم.

در ۱ فریم بر ثانیه فقط یک تصویر از سر او ضبط شده، در ۱۰ فریم بر ثانیه حالت های بیشتر و نهایتاً در ۳۰ فریم برثانیه چند فریم بیشتر از ۱۰ فریم برثانیه ضبط شده است.

تفاوت سرعت شاتر و فریم ریت:

هنگام تصویر برداری، دریچه شاتر دوربین باز شده و با جذب نور بازتاب شده از دنیای بیرون، دوربین یک تصویر یا فریم را ذخیره می کند. سرعت شاتر به معنای میزان زمانی است که این دریچه باز می ماند تا تصویر را تهیه کند. سرعت شاتر معمولاً در نور کم معنای خاصتری پیدا می کند از این جهت که با باز ماندن بیشتر دریچه شاتر نور بیشتری جذب شده بنابراین تصویر بهتری داریم اما از طرفی با باز ماندن بیشتر شاتر ممکن است تصویر مات باشد، مخصوصاً وقتی که در تصویر حرکت داشته باشیم.

فریم ریت باعث ماتی در تصویر نمی شود، بنابراین اگر تصویر مات مشاهده می کنید احتمال اینکه با سرعت شاتر مشکلی داشته باشید بیشتر است.

برای افرادی که در ارتباط با سرعت شاتر و فریم ریت می خواند بیشتر بدانند اشاره می شود که مقدار فریم ریت نمی تواند از سرعت شاتر بیشتر باشد. با اینکار نه تنها تصویر ماتی دارید بلکه برخی از فریم ها را از دست می دهید. وقتی که سرعت شاتر روی ۱/۴S تنظیم می شود به این معنا است که شاتر در هر ثانیه ۴ بار باز و بسته می شود و بنابراین در آن یک ثانیه می توان حداکثر ۴ فریم داشت و نه بیشتر.

پهنای باند و فریم ریت:

فریم ریت بر روی پهنای باند تاثیر دارد، یعنی هرچه فریم ریت را بالاتر ببریم بنابراین پهنای باند هم زیاد می شود اما برای کدگذاری های جدید مثل H.264 و H.265 اثر آن کمتر است. مثلاً اگر فریم ریت را ۱۰ برابر کنید (۱ فریم برثانیه به ۱۰ فریم برثانیه) پهنای باند تقریباً ۲ یا ۳ برابر بالا می رود و دلیل آن فشرده سازی فریم ها است.

میانگین فریم ریت:

میانگین فریم ریت استاندارد صنعت نظارت تصویری حدود ۱۵ فریم برثانیه در نظر گرفته می شود، این عدد بیانگر این است که همزمان با کاهش هزینه های ناشی از فضای ذخیره سازی، همچنان فریم های کافی برای مشاهده اتفاقات ضبط می شوند.

با افزایش فریم ریت از ۱۵ و ۲۰ به ۲۵ نیاز به فضای ذخیره سازی زیادی داریم در حالی که تغییر در مشاهده جزئیات خیلی نامحسوس است.