بهینه سازی زاویه دید لنز در دوربین های خودرو، توازن بین میدان دید و دقت پلاک خوانی

هنگام انتخاب دوربین خودرو، معمولاً تصور می شود هرچه زاویه دید بیشتر باشد، پوشش بهتری خواهیم داشت. اما صحنه گسترده تر باید روی تعداد ثابتی پیکسل ثبت شود، بنابراین پلاک خودروها در تصویر کوچک تر دیده می شوند و جزئیات کمتری دارند. بهینه سازی زاویه دید یعنی یافتن وسیع ترین قابی که محدوده ضروری جاده را بدون کاهش خوانایی پلاک ثبت کند. منظور از پلاک خوانی در این مقاله نیز مشاهده شماره پلاک در ویدئو است، نه استخراج خودکار آن با سامانه های ANPR.

رابطه میدان دید با جزئیات پلاک

زاویه دید افقی مشخص می کند دوربین در یک فاصله معین چه مقدار از عرض جاده را داخل تصویر قرار دهد. هرچه این زاویه افزایش پیدا کند، عرض بیشتری روی همان تعداد پیکسل ثبت می شود و سهم هر خودرو از تصویر کاهش می یابد. این رابطه را می توان با یک محاسبه ساده نشان داد:

عرض صحنه = ۲ × فاصله × تانژانت نصف زاویه دید افقی

پس از مشخص شدن عرض صحنه، سهم تقریبی پلاک از پیکسل های افقی تصویر نیز قابل محاسبه است:

پیکسل های عرض پلاک = وضوح افقی × عرض واقعی پلاک ÷ عرض صحنه

در نمونه ای که Axis برای توضیح تراکم پیکسلی ارائه کرده، یک دوربین با وضوح افقی ۱۹۲۰ پیکسل هنگام پوشش مسیری به عرض ۴ متر، حدود ۲۵۰ پیکسل را به عرض پلاک اختصاص می دهد. با بازترشدن قاب و افزایش عرض صحنه به ۶٫۵ متر، سهم همان پلاک به حدود ۱۵۴ پیکسل کاهش پیدا می کند. در این مثال، پوشش عرضی ۶۲٫۵ درصد بیشتر شده، اما تعداد پیکسل های پلاک بیش از ۳۸ درصد کاهش یافته است.

در همین راهنما، حداقل حدود ۷۴ پیکسل در عرض پلاک استاندارد اروپا برای تفکیک خطوط حروف ذکر شده و نرم افزارهای LPR معمولاً به ۱۰۰ تا ۱۵۰ پیکسل نیاز دارند. این اعداد به دلیل تفاوت شکل پلاک، حرکت و نوع پردازش، معیار قطعی دوربین خودرو نیستند، اما نشان می دهند خوانایی پلاک به اندازه ای که در تصویر ثبت می شود و تعداد پیکسل های اختصاص یافته به آن وابسته است. وضوح 4K این محدودیت را کمتر می کند، اما از بین نمی برد.

محدوده هدف، نقطه شروع بهینه سازی

پیش از مقایسه زاویه های ۱۲۰، ۱۴۰ یا ۱۶۰ درجه باید محدوده هدف را با سه متغیر تعریف کرد: تعداد خطوط عبور، فاصله خواندن پلاک و محل معمول سوژه در قاب. در مسیرهای شهری، ورود خودرو یا موتورسیکلت از خطوط کناری و تقاطع ها نیز بخشی از سناریوی ضبط است. پوشش جانبی اهمیت دارد و فاصله کمتر خودروها امکان استفاده از قاب بازتر را می دهد. در بزرگراه، خودروهای جلویی دورترند و زاویه بسیار باز، پلاک را تا زمان نزدیک شدن کوچک نگه می دارد، بنابراین جزئیات مرکز قاب اولویت بیشتری دارد. پس زاویه بهینه یک عدد عمومی نیست. ابتدا باید حداقل عرض لازم برای ثبت اتفاق تعیین شود. فضای خارج از این محدوده فقط زمانی ارزش دارد که اطلاعاتی مانند خط مجاور، پیاده رو یا ورودی تقاطع را ثبت کند، در غیر این صورت پیکسل ها صرف حاشیه ای غیرضروری می شوند.

از محدوده هدف تا انتخاب زاویه مناسب

نخست باید مشخص شود زاویه درج شده در مشخصات محصول افقی است یا قطری. زاویه قطری همواره عدد بزرگ تری نشان می دهد، اما برای محاسبه عرض جاده مناسب نیست. دو دوربین زمانی قابل مقایسه اند که نوع زاویه آن ها یکسان باشد، در غیر این صورت ممکن است محصولی با عدد تبلیغاتی بزرگ تر، پوشش افقی کمتری ارائه کند. وضوح سنسور تعداد پیکسل های موجود را مشخص می کند، اما رزولوشن به تنهایی کافی نیست. فوکوس لنز، بیت ریت و فشرده سازی بر جزئیات فایل نهایی اثر می گذارند، به همین دلیل دو دوربین 4K با زاویه مشابه ممکن است نتایج متفاوتی داشته باشند. نمونه ویدئوی اصلی، معیار معتبرتری از عبارت 4K روی جعبه است.

اعوجاج نیز مرز میدان دید مفید را تعیین می کند. در لنزهای فوق عریض، سوژه های حاشیه ممکن است کشیده یا خمیده دیده شوند و اصلاح دیجیتال نیز بخشی از کناره ها را برش می دهد. نسبت تصویر، حالت ضبط و در برخی مدل ها فعال کردن لرزشگیر دیجیتال نیز می توانند میدان دید واقعی را تغییر دهند. به همین دلیل، دوربین ها باید در حالت ضبط یکسان و بر اساس فایل اصلی مقایسه شوند. در مجموع، تمام بخش های زاویه دید اسمی کیفیت یکسانی ندارند و ناحیه مرکزی تصویر معمولاً برای ثبت پلاک قابل اعتمادتر است.

نقش نصب، حرکت و نور در نتیجه نهایی

زاویه دید لنز با زاویه نصب دوربین تفاوت دارد. لنز وسعت ثابتی از صحنه را ثبت می کند، اما جهت نصب تعیین می کند این فضا به جاده اختصاص یابد یا به بخش های کم اهمیتی مانند آسمان و کاپوت. نصب نزدیک محور میانی شیشه باعث می شود مسیر حرکت و پلاک خودروهای جلویی در قسمت مرکزی لنز قرار بگیرند، جایی که معمولاً اعوجاج کمتر و وضوح بیشتری دارد. حتی اگر تعداد پیکسل های پلاک کافی باشد، حرکت یا نور نامناسب می تواند حروف را ناخوانا کند. نوردهی طولانی، پلاک خودروی متحرک را محو می کند و بازتاب چراغ ها در شب ممکن است بخش روشن آن را بسوزاند. فشرده سازی شدید نیز لبه حروف و اعداد را از بین می برد. این عوامل زاویه دید را تغییر نمی دهند، اما تعیین می کنند جزئیات موجود در صحنه تا چه اندازه در فایل نهایی حفظ شوند.

ارزیابی زاویه انتخاب شده در شرایط واقعی

نتیجه نهایی باید با فایل اصلی دوربین آزمایش شود، نه پیش نمایش کوچک اپلیکیشن یا نسخه فشرده شده در پیام رسان. یک مسیر معمول را در روز و شب ضبط کنید و ویدئو را در لحظه هایی متوقف کنید که خودروها در فاصله های مختلف و خطوط متفاوت قرار دارند. سپس تصویر را با بزرگ نمایی صددرصد بررسی کنید. اگر خطوط ضروری یا ورودی تقاطع بیرون قاب مانده اند، پوشش کافی نیست. اگر همه نواحی مهم دیده می شوند اما پلاک خودرو در فاصله هدف، پیکسل کافی برای نمایش جزئیات ندارد، زاویه انتخاب شده بیش ازحد باز است. اگر اندازه پلاک مناسب باشد اما فقط در حرکت یا شب ناخوانا شود، مشکل باید در نوردهی، نرخ فریم، بیت ریت یا پردازش تصویر جست وجو شود.

هنگامی که یک لنز نمی تواند پوشش جانبی موردنیاز و جزئیات پلاک دورتر را هم زمان فراهم کند، سه راه باقی می ماند: کاهش میدان دید، افزایش وضوح واقعی یا استفاده از دو نمای مکمل. تغییر جهت نصب نمی تواند جزئیاتی را بازگرداند که به دلیل تراکم پیکسلی پایین ثبت نشده اند.

سخن نهایی

برای انتخاب زاویه دید مناسب، ابتدا باید عرض مسیر و فاصله ای را مشخص کرد که پلاک خودرو در آن باید خوانا بماند. سپس می توان محدودترین زاویه ای را انتخاب کرد که تمام بخش های ضروری مسیر را داخل قاب نگه می دارد. نتیجه نیز باید با فایل اصلی دوربین و در شرایط واقعی روز و شب بررسی شود، زیرا وضوح اسمی به تنهایی حفظ جزئیات را تضمین نمی کند. در نهایت، بهترین لنز بازترین لنز نیست، لنزی است که میان پوشش جاده و خوانایی پلاک تعادل برقرار کند.