Qual è la differenza di qualità dell'immagine tra i sensori 1/1,2" e 1/2,8"?

Ho visto troppi integratori spendere migliaia di euro in telecamere, per poi ottenere riprese sgranate e sbiadite di notte. Di solito il problema è la dimensione del sensore.

Il sensore 1/1,2″ ha un'area di raccolta della luce circa 5,5 volte superiore a quella di un sensore da 1/2,8″. Ciò significa che cattura molta più luce per pixel, producendo immagini più nitide in condizioni di scarsa illuminazione, una migliore gamma dinamica nelle scene a forte contrasto e una profondità di campo più naturale, tutti elementi che contano soprattutto quando si utilizzano le fotocamere in ambienti difficili e reali.

Confronto tra le dimensioni del sensore 1/1.2 e 1/2.8 della telecamera di sicurezza

Qui di seguito, vi illustrerò le quattro domande che mi vengono poste da integratori come David Miller quando devono scegliere tra queste due dimensioni di sensore. Ogni risposta è supportata dalla fisica, da dati reali e dalle lezioni che ho appreso in anni di costruzione di telecamere PTZ presso il nostro centro di ricerca e sviluppo di Shenzhen. Entriamo nel merito.

Quanta luce in più può catturare il mio sensore 1/1,2″ rispetto a un sensore standard da 1/2,8″?

Questa è la prima domanda che ogni integratore serio mi pone. Ed è giusto che sia così. Perché se sbagliate, le vostre telecamere si guasteranno di notte e il cliente chiamerà voi, non il produttore.

Un sensore 1/1,2″ cattura circa 5,5 volte più luce di un sensore 1/2,8″ alla stessa risoluzione. Questo perché la sua area fisica di rilevamento è di circa 191 mm² contro 35 mm². Più area significa pixel più grandi, più fotoni per pixel e un livello molto più elevato di luce. rapporto segnale/rumore ¹ in condizioni di oscurità.

Confronto tra sensore da 1/1,2 pollici e sensore da 1/2,8 pollici per l'acquisizione della luce

Comprendere la convenzione di denominazione

I numeri “1/1,2” e “1/2,8” si riferiscono alla lunghezza della diagonale del sensore, non alla sua area effettiva. Un denominatore più piccolo significa un sensore più grande. Questo confonde molte persone. Quindi vi spiego in una semplice tabella.

Dimensioni del sensore	Area approssimativa	Dimensione tipica dei pixel (a 4K)	Cattura della luce relativa
1/2.8″	~35 mm²	~1,45 μm	1x (linea di base)
1/1.8″	~85 mm²	~2,0 μm	~2.4x
1/1.2″	~191 mm²	~2,9 μm	~5.5x

La differenza di area è un rapporto quadratico. Quando la diagonale raddoppia, l'area si quadruplica. Ecco perché il salto da 1/2,8″ a 1/1,2″ è così drammatico.

Perché la dimensione dei pixel è più importante del numero di pixel

È qui che molti acquirenti vengono ingannati. Vedono “8MP” su due fotocamere diverse e pensano che la qualità dell'immagine sia la stessa. Non è così.

Una fotocamera da 8 MP con un sensore da 1/2,8″ deve stipare 8 milioni di pixel in 35 mm². Ogni pixel finisce per essere minuscolo, circa 1,0 μm. Un pixel così piccolo raccoglie pochissimi fotoni in condizioni di scarsa illuminazione. Il processore della fotocamera deve quindi amplificare il debole segnale, aggiungendo rumore elettronico. Il rumore si manifesta come grana o “neve” nelle riprese.

Ora prendete una fotocamera da 8 MP con un sensore da 1/1,2″. Gli stessi 8 milioni di pixel sono distribuiti su 191 mm². Ogni pixel è di circa 2,9 μm, quasi tre volte più largo. Un pixel più largo raccoglie più fotoni. Più fotoni significano un segnale più forte. Un segnale più forte necessita di una minore amplificazione. Meno amplificazione significa meno rumore.

L'impatto sul mondo reale

Ho avuto clienti che sono passati da un PTZ da 1/2,8″ a uno dei nostri modelli da 1/1,2″ e mi hanno detto che la differenza è “notte e giorno”. Non è un linguaggio da marketing. È letteralmente vero. Di notte, il sensore da 1/1,2″ offre immagini pulite e colorate, mentre il sensore da 1/2,8″ è bloccato in modalità IR in bianco e nero con grana visibile.

Per gli integratori che distribuiscono le telecamere in aree prive di illuminazione pubblica - si pensi alle aziende agricole, alle zone di confine o ai cantieri remoti - questo vantaggio di 5,5 volte sulla luce non è un lusso. È un requisito.

Il sovrapprezzo per un sensore di grande formato vale la pena per il mio progetto specifico?

Ricevo questa domanda ogni settimana. La risposta onesta è: dipende da dove si colloca la telecamera. Ma nella maggior parte dei casi, il premio si ripaga da solo riducendo le chiamate e le ispezioni fallite.

Sì, il sovrapprezzo vale la pena per qualsiasi progetto in cui siano importanti le prestazioni in condizioni di scarsa illuminazione, la gamma dinamica o l'identificazione a lungo raggio. Il sensore più grande riduce il rumore, migliora l'accuratezza dei colori di notte e riduce la necessità di costosi dispositivi esterni. Illuminatori IR ² - risparmiare sull'intero ciclo di vita del progetto.

Telecamera PTZ con sensore di grande formato Analisi costi-benefici

Costo iniziale vs. costo totale di proprietà

Una telecamera PTZ da 1/1,2″ costa in genere 30-60% in più rispetto a un modello analogo da 1/2,8″. Sembra molto. Ma lasciate che vi mostri cosa succede quando si prende in considerazione l'intero costo del progetto.

Fattore di costo	Sistema da 1/2,8	Sistema 1/1.2
Prezzo unitario della telecamera	Più basso	30-60% superiore
È necessario un illuminatore IR esterno?	Spesso sì	Di solito no
Problemi di qualità dell'immagine notturna	Comune	Raro
Rullo del camion per la regolazione	Più probabile	Meno probabile
Soddisfazione del cliente al momento dell'accettazione	Rischio di rigetto	Alto tasso di passaggio
Costo totale di proprietà a 3 anni	Spesso più alto	Spesso più basso

Quando David Miller installa una telecamera in un ranch a 90 miglia dalla città più vicina, un solo giro di camion per risolvere un problema costa $500-$800 in manodopera e carburante. Se la telecamera da 1/2,8″ produce riprese notturne sgranate e il cliente rifiuta l'installazione, è necessario un secondo giro di camion, oltre al costo della sostituzione della telecamera. Il sovrapprezzo di $150 per un sensore da 1/1,2″ sembra improvvisamente economico.

Quando 1/2,8″ è sufficiente

Non vi dirò che ogni progetto ha bisogno di un sensore di grandi dimensioni. Sarebbe disonesto. Per gli ambienti interni ben illuminati - negozi al dettaglio, hall di uffici, magazzini con illuminazione fluorescente 24 ore su 24, 7 giorni su 7 - un sensore da 1/2,8″ a 4K o 5MP offre risultati eccellenti. La luce è abbondante. Il sensore non ha bisogno di lavorare molto.

Lo stesso vale per gli ambienti esterni con una forte illuminazione stradale. Un parcheggio con pali luminosi a LED ogni 30 metri non ha bisogno di un sensore 1/1,2″. Una buona fotocamera da 1/2,8″ con un obiettivo di qualità farà bene il suo lavoro.

Quando è necessario fare le cose in grande

Ma nel momento in cui si entra in scenari di scarsa illuminazione, alto contrasto o lungo raggio, il sensore da 1/2,8″ incontra un muro. Sono questi i progetti per i quali consiglio sempre l'1/1,2″:

• Siti remoti ad energia solare con luce ambiente nulla
• ALPR autostradale quando è necessaria una velocità dell'otturatore elevata di notte
• Sicurezza perimetrale in cui la telecamera deve identificare una persona a più di 300 metri di distanza
• Infrastrutture critiche in cui il filmato deve valere come prova legale

In questi casi, il sensore non è solo un componente. È la base del successo dell'intero progetto.

Le dimensioni maggiori del sensore garantiscono una migliore profondità di campo per il monitoraggio a lungo raggio?

Questo aspetto sorprende molte persone. La maggior parte degli integratori pensa che la profondità di campo sia solo una questione di fotografia. Invece influisce direttamente sulle prestazioni della telecamera PTZ a livelli di zoom elevati.

Sì, un sensore 1/1,2″ produce una profondità di campo minore rispetto a un sensore 1/2,8″ alla stessa lunghezza focale e apertura. Per il monitoraggio a lungo raggio, questo può essere utile: il soggetto rimane nitido mentre lo sfondo ingombro si ammorbidisce, rendendo più facile l'identificazione degli obiettivi sia per gli operatori umani che per gli algoritmi di intelligenza artificiale.

Confronto tra la profondità di campo di una telecamera PTZ con sensore grande e una con sensore piccolo

Come le dimensioni del sensore influenzano la profondità di campo

La profondità di campo (DoF) è l'intervallo di distanza che appare nitido in un'immagine. Tre elementi la controllano: l'apertura, la lunghezza focale e le dimensioni del sensore.

Con un sensore più grande, è necessaria una lunghezza focale effettiva maggiore per ottenere lo stesso campo visivo. Una lunghezza focale maggiore produce naturalmente una minore profondità di campo. Quindi, a qualsiasi livello di zoom, il sensore 1/1,2″ sfocerà maggiormente lo sfondo rispetto al sensore 1/2,8″.

Perché una DoF più ridotta è utile a lunga distanza

Quando si esegue uno zoom a 38X su un obiettivo a 500 metri di distanza, lo sfondo dietro l'obiettivo è spesso un disastro: alberi, recinzioni, edifici, nebbia di calore. Con un sensore da 1/2,8″, tutto ciò che si trova tra i 400 e i 600 metri potrebbe essere a fuoco. L'obiettivo si confonde con il disordine.

Con un sensore 1/1,2″, la profondità di campo è più ridotta. L'obiettivo a 500 m è nitido. La recinzione a 520 m è leggermente morbida. Gli alberi a 600 m sono sfocati. Questa separazione fa emergere l'obiettivo dalla scena.

Il vantaggio dell'intelligenza artificiale

Questo aspetto è ancora più importante quando si esegue l'analisi dell'intelligenza artificiale. Il moderno rilevamento basato sull'intelligenza artificiale (tracciamento di persone, classificazione di veicoli, avvisi di intrusione) funziona estraendo caratteristiche dall'immagine. Quando lo sfondo è disordinato e nitido, l'algoritmo deve lavorare di più per separare l'obiettivo dal rumore. I falsi allarmi aumentano. L'accuratezza del rilevamento diminuisce.

Una profondità di campo naturalmente ridotta agisce come un filtro incorporato. Dice all'intelligenza artificiale: “Metti a fuoco qui. Ignora il resto”. In fabbrica abbiamo testato questo aspetto con le nostre telecamere PTZ a doppio obiettivo con inseguimento AI. I modelli con sensore 1/1,2″ mostrano costantemente tassi di falsi positivi inferiori in ambienti esterni ingombrati rispetto ai modelli da 1/2,8″ con lo stesso firmware.

Quando la DoF profonda è migliore

È opportuno citare il rovescio della medaglia. Per le riprese panoramiche grandangolari, come il monitoraggio di un intero parcheggio da un'unica fotocamera, è necessaria una profondità di campo elevata. Si vuole che tutto ciò che va da 5 metri a 50 metri sia nitido. In questo caso, la maggiore profondità di campo del sensore da 1/2,8″ è un vantaggio.

La risposta giusta dipende quindi dal caso d'uso. Per la sorveglianza PTZ a lungo raggio con zoom elevato, la minore DoF del sensore 1/1,2″ è un chiaro vantaggio. Per le telecamere fisse grandangolari, il DoF profondo del sensore da 1/2,8″ gioca a favore.

La mia telecamera da 1/2,8″ può competere con sensori più grandi quando si utilizzano illuminatori IR ad alta potenza?

Questa è la domanda di un workaround. “Posso semplicemente proiettare più luce IR sulla scena e far sì che il mio sensore economico funzioni come uno costoso?”. Lo sento dire di continuo.

L'aggiunta di illuminatori IR ad alta potenza può migliorare le prestazioni notturne di una fotocamera da 1/2,8″, ma non può colmare completamente il divario. Il sensore più piccolo ha comunque pixel più piccoli, il che significa più rumore, meno gamma dinamica e una riproduzione dei colori più scadente. Inoltre, la luce IR consente di ottenere immagini solo in bianco e nero, mentre un sensore da 1/1,2″ è spesso in grado di fornire filmati a colori senza alcuna luce supplementare.

Confronto tra illuminatore IR e telecamera di sicurezza a bassa luminosità con sensore di grandi dimensioni

Cosa possono risolvere gli illuminatori IR

Voglio essere onesto. Un buon illuminatore IR esterno è utile. Inonda la scena di luce infrarossa invisibile all'occhio umano ma visibile al sensore della fotocamera. In questo modo il sensore dispone di un maggior numero di fotoni con cui lavorare, riducendo il rumore e migliorando il contrasto.

Per una fotocamera da 1/2,8″ in un ambiente moderatamente buio, ad esempio una strada di periferia con un po' di luce ambientale, l'aggiunta di un illuminatore IR da 50 W può produrre un'immagine in bianco e nero utilizzabile a 50-80 metri. Si tratta di un vero e proprio miglioramento rispetto ai LED IR integrati nella fotocamera, che in genere non superano i 30-50 metri.

Ciò che gli illuminatori IR non possono risolvere

Ma ecco cosa non può fare la luce IR:

• Non può ingrandire i pixel. I pixel del sensore da 1/2,8″ sono ancora di 1,0-1,45 μm. Si saturano ancora rapidamente nei punti luminosi e faticano nelle ombre. Il problema della gamma dinamica rimane.
• Non è in grado di produrre immagini a colori. Quando una telecamera passa alla modalità IR, rimuove il filtro del colore dal sensore. Si ottiene solo la scala di grigi. Un sensore da 1/1,2″ in modalità “luce nera a colori” può fornire riprese a colori in condizioni di buio quasi totale, senza alcuna luce IR.
• Non è in grado di ridurre la foschia termica o la distorsione atmosferica. A lunga distanza (oltre 200 m), la luce IR si disperde nell'aria umida o polverosa. L'immagine si offusca. Un sensore più grande, con un migliore rapporto segnale/rumore, gestisce meglio questa degradazione.

I costi nascosti della dipendenza da IR

C'è anche un problema di costi pratici. Gli illuminatori IR ad alta potenza non sono gratuiti.

Articolo	Costo tipico	Note
Illuminatore IR da 50W	$80-$150	Copre una distanza di 50-80 m
Illuminatore IR da 100W	$150-$300	Copre una distanza di 100-150 m
Staffa di montaggio + cablaggio	$30-$60	Manodopera extra per l'installazione
Alimentazione (separata)	$20-$40	Deve essere resistente alle intemperie
Costo annuale dell'elettricità	$30-$70	Funziona tutta la notte, ogni notte
Sostituzione ogni 2-3 anni	$80-$300	Degrado dei LED nel tempo

Tirate le somme. In tre anni, una configurazione IR ad alta potenza può costare $300-$800 oltre alla telecamera. E si ottengono comunque riprese in bianco e nero con una gamma dinamica limitata.

Se lo si confronta con la spesa di $150-$250 in più per una telecamera con sensore 1/1,2″ che offre una visione notturna a colori senza illuminatore esterno. I calcoli parlano da soli.

La mia raccomandazione

Se il budget del progetto è veramente fisso e si possiedono già telecamere da 1/2,8″, allora sì: aggiungere illuminatori IR come soluzione provvisoria. Miglioreranno l'immagine notturna. Ma se state specificando una nuova apparecchiatura per un progetto, investite fin dall'inizio nel sensore più grande. Otterrete immagini migliori, un costo totale inferiore e meno lamentele da parte del cliente finale.

Noi di Loyalty-Secu costruiamo entrambi i tipi. I nostri modelli da 1/2,8″ sono solidi per le ore diurne e gli ambienti ben illuminati. Ma per qualsiasi progetto in cui le prestazioni notturne sono fondamentali, consiglio sempre agli integratori di orientarsi verso le nostre telecamere PTZ da 1/1.2″ con Sony IMX485 ³ sensori. La differenza sul campo non è sottile. È evidente.

Conclusione

La dimensione del sensore è il fattore più importante per la qualità dell'immagine. Un sensore da 1/1,2″ cattura 5,5 volte più luce di uno da 1/2,8″ e questo divario si nota soprattutto di notte. Scegliete in base alle condizioni del sito, non solo al prezzo.

---

1. Rapporto segnale/rumore spiegato per le prestazioni del sensore di immagine. ︎ 2. Come gli illuminatori a infrarossi migliorano le telecamere per la visione notturna. ︎ 3. Specifiche del sensore Sony IMX485 4K per le telecamere di sicurezza. ︎ 4. Calcolo della profondità di campo in base alle dimensioni del sensore e alla lunghezza focale. ︎ 5. Limitazione del rumore dei fotoni nei sensori a piccoli pixel. ︎ 6. Confronto della gamma dinamica tra i sensori CMOS da 1/2,8″ e 1/1,2″. ︎ 7. Riduzione dei falsi allarmi nel rilevamento dell'IA con sensori più grandi. ︎ 8. Calcolo del costo totale di proprietà delle telecamere di sicurezza. ︎ 9. Il diodo IR a LED si svaluta nel tempo. ︎ 10. Effetti della diffusione atmosferica sull'illuminazione IR a lungo raggio. ︎