Những điều bạn cần biết về thông số độ phân giải camera

Chúng ta có thể cùng điểm lại những điều cần biết về thông số độ phân giải để không thua kém bất cứ chuyên gia nào trong ngành thiết bị an ninh.

Đối với những người có thời gian gắn bó với ngành kinh doanh thiết bị an ninh, cụm từ “độ phân giải” có lẽ không còn xa lạ. Tuy vậy, có một số kiến thức, thông tin mà có thể không phải bất cứ ai cũng đều nắm rõ. Chúng ta có thể cùng điểm lại những điều cần biết về thông số độ phân giải để không thua kém bất cứ chuyên gia nào trong ngành.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về 5 yếu tố quan trọng sau:

- Ý nghĩa của độ phân giải truyền thống – nắm rõ chi tiết và những hạn chế
- Ý nghĩa phổ biến của độ phân giải trong lĩnh vực giám sát – số điểm ảnh – những hạn chế của việc sử dụng số liệu này.
- Làm thế nào để cảm biến (sensor) và độ phân giải luồng dữ liệu (stream) có thể thay đổi.
- Làm sao để mã hóa tối ưu.
- Các yếu tố hạn chế giá trị độ phân giải.

Độ phân giải – độ chi tiết

Trong ý nghĩa thông dụng, “độ phân giải” có nghĩa là năng lực hiển thị các chi tiết. Ví dụ, bạn có thể đọc được tối đa tới dòng nào trên biểu đồ đo mắt? Camera có thể hiển thị rõ ràng bao nhiêu dòng cạnh nhau trên một màn hình?… Nó là một thước đo hiệu suất tập trung vào kết quả.

Trong lịch sử, hình ảnh giám sát sử dụng phương pháp này. Độ phân giải trong camera analog đo lường số dòng hiển thị (TVL), nghĩa là khả năng của camera cho phép hiển thị thêm số dòng cạnh nhau trong một khu vực nhất định trên một màn hình.

Quan sát được càng nhiều dòng có nghĩa bạn quan sát hình ảnh thực tế càng chi tiết – ví dụ như đặc điểm khuôn mặt, nhân vật, tấm giấy phép…

Giới hạn lớn nhất chính là sức mạnh xử lý – Số dòng có thể đếm được – Luôn đạt được thông số hoàn hảo với mọi điều kiện ánh sáng thông thường. Tuy nhiên, với môi trường ánh sáng nghịch hoặc quá thiếu sáng, khả năng xử lý sẽ xuống cấp đáng kể.

Độ phân giải – Đo lường điểm ảnh

Ngày nay, với xu hướng chuyển đổi sang nền tảng IP, các nhà sản xuất thậm chí không còn cố gắng để đo lường hiệu suất hiển thị dòng kể trên, thay vào đó, độ phân giải được xác định lại bằng cách đếm số lượng điểm ảnh vật lý mà một cảm biến hình ảnh có thể tạo ra.

Sự giới hạn

Chúng ta thường cho rằng càng nhiều điểm ảnh, càng nhiều số dòng sẽ mang lại hình ảnh chất lượng càng cao, tuy nhiên trong thực tế điều này lại không hoàn toàn chính xác.

Bởi các phép đo độ phân giải truyền thống thường chỉ được áp đặt trong môi trường có điều kiện ánh sáng lý tưởng, việc đo các điểm ảnh thường bị bỏ qua tác động của ngoại cảnh, bỏ qua các thách thức về ánh sáng trong các môi trường giám sát thực tế. Trong nhiều trường hợp, điểm ảnh dù cao đến đâu vẫn cho ra hình ảnh có độ phân giải kém khi quan sát trong điều kiện ánh sáng yếu. Ngược lại, camera có số điểm ảnh nhỏ hơn nhưng lại có quá trình xử lý hình ảnh cao cấp hơn lại có thể cung cấp hình ảnh chất lượng cao hơn trong các cảnh giám sát đầy đủ ánh sáng.

Tuy nhiên, điểm ảnh đã trở thành nền tảng của hệ thống giám sát IP cụ thể, mặc dù vẫn có những hạn chế. Bạn nên:

Nhận thức được rằng khi một chuyên gia giám sát đang nói về độ phân giải, gần như chắc chắn đề cập tới số điểm ảnh chứ không phải hiệu suất hiển thị dòng.
Hiểu được các tùy chọn độ phân giải khác nhau.

Bảng dưới đây thể hiện các mức độ phân giải được sử dụng phổ biến trong hệ thống giám sát ngày nay:

Mọi thứ đều có sự cân bằng, độ phân giải càng cao, càng tiêu tốn nhiều chi phí. Tuy nhiên các dòng sản phẩm cao cấp lại có thể cung cấp nhiều chi tiết quan sát hơn, cũng như khả năng hoạt động trong điều kiện ánh sáng khắc nghiệt hơn…

Độ phân giải – Cảm biến và luồng tín hiệu

Trong khi các nhà sản xuất thường phân loại camera dựa trên độ phân giải (số điểm ảnh) của cảm biến, đôi khi sự phân loại lại được xác định theo độ phân giải của luồng dữ liệu. Điều này xảy ra trong 2 trường hợp:

Các nhà sản xuất sử dụng cảm biến hình ảnh có độ phân giải cao hơn so với luồng dữ liệu tối đa chúng hỗ trợ. Một ví dụ phổ biến của trường hợp này đó chính là một camera mắt cá có cảm biến 5MP nhưng chỉ hỗ trợ xuất luồng dữ liệu tối đa 2MP.
Sự thiếu sót trong khâu cài đặt khi thiết lập độ phân giải cho camera quá thấp. Đôi khi thiết lập này nhằm tiết kiệm băng thông truyền tải/lưu trữ, tuy nhiên hầu như trường hợp này xảy ra chỉ đơn giản là một thiếu sót trong khâu cấu hình. Dù bằng cách nào, trong nhiều trường hợp camera HD vẫn cho hình ảnh tệ nếu không được cấu hình phù hợp và tối ưu với luồng xuất dữ liệu (Ví dụ., một camera 3MP được thiết lập độ phân giải ở mức 640 x 480 hoặc được thiết lập tốc độ bit quá thấp ~ 512kbps).

Nén dữ liệu

Khái niệm độ phân giải không được sử dụng để đo lường số lượng điểm ảnh được nén (chỉ sử dụng để đo đếm số điểm ảnh vật lý). Mỗi điểm ảnh được gán cho một giá trị đại diện cho màu sắc của nó, với giới hạn thường ở mức ~16 triệu màu (24bit), điều này sẽ khiến tạo nên một khối lượng dữ liệu cực lớn. Ví dụ, một luồng dữ liệu 1080p/30fps không được nén sẽ yêu cầu băng thông trên 1Gb/s. Tuy nhiên, vấn đề này được giải quyết bằng cách sử dụng các thuật toán nén dữ liệu. Khiến cho một luồng dữ liệu 1080p/30fps có thể được nén lại chỉ còn khoảng từ 1Mb/s đến 8Mb/s – thấp hơn từ 100 đến 1000 lần so với luồng không được nén.

Về mặt tích cực, đây là một phương thức làm giảm lượng băng thông yêu cầu cực lớn mà vẫn không ảnh hưởng đáng kể tới chất lượng hình ảnh. Đó là lý do vì sao ngày nay phương thức này lại phổ biến như vậy.

Tuy nhiên, lựa chọn được một mức độ nén thích hợp có thể là một thách thức. Việc chấp nhận mức độ đi xuống của hình ảnh sau nén lại phụ thuộc vào sở thích chủ quan của người xem đối với các chi tiết thực tế. Một yếu tố quan trọng không kém, đó là càng tăng hiệu suất nén có thể tiết kiệm càng nhiều không gian lưu trữ và băng thông truyển tải cũng như yêu cầu về phần cứng.

Hạn chế về giá trị của độ phân giải

Ngay cả khi chất lượng hình ảnh tăng tương ứng chính xác với số điểm ảnh (điều này không bao giờ xảy ra), có hai giới hạn quan trọng còn tồn tại trong khi sử dụng thực tế đó là:

Góc độ

Ở bất kể độ phân giải cao như thế nào, camera vẫn cần phải được đặt ở một vị trí cho góc nhìn phù hợp để có thể “nhìn thấy” các chi tiết cần thiết của một chủ thể, bởi camera không thể nhìn xuyên qua một bức tường hoặc bất kể vật thể nào khác. Hãy xem ví dụ dưới:

Ngay cả khi hình ảnh bên trái có số lượng điểm ảnh nhiều gấp 10 lần ảnh bên phải, hình ảnh bên trái vẫn không có khả năng nhìn thấy đầy đủ các chi tiết trên khuôn mặt của đối tượng. Đây là một yếu tố khó khăn thường gặp trong nỗ lực cố gắng quan sát toàn bộ một bãi đỗ xe thậm chí là với một camera có độ phân giải siêu cao. Thậm chí nếu bạn lựa chọn đúng số lượng điểm ảnh phù hợp cho camera, nhưng khi một chiếc xe chạy vuông góc với camera này, bạn vẫn không thể quan sát được biển số của chiếc xe đó (tương tự như khuôn mặt của một người).

Lãng phí độ phân giải

Trong thực tế, các hệ thống giám sát thường được trang bị độ phân giải quá thấp so với nhu cầu. Tuy nhiên khi số lượng điểm ảnh tăng lên tới mức 5MP hoặc cao hơn nữa, nó có thể lại trở nên quá mức cần thiết. Khi số lượng điểm ảnh đủ để quan sát đầy đủ chi tiết trên khuôn mặt hoặc biển số, hầu hết người dùng vẫn có thêm được một chút lợi ích từ việc thêm nhiều điểm ảnh hơn nữa, hình ảnh thu được trông đẹp hơn nhưng chất lượng về chứng cứ vẫn giữ nguyên.

Các yếu tố ảnh hưởng tới độ phân giải

Thật không may, trong lĩnh vực giám sát có khá nhiều yếu tố ảnh hưởng tới độ phân giải, ví dụ như:

Hiệu suất hoạt động thiếu sáng
Hiệu suất Camera chống ngược sáng
Tinh chỉnh nén
Góc độ camera
Lựa chọn ống kính và focus

Hiểu và nắm rõ được tất cả các yếu tố ảnh hưởng này sẽ giúp bạn đạt được hình ảnh giám sát với chất lượng tốt nhất, phù hợp nhất cho ứng dụng của mình.