Risoluzione e passo del pixel: due cose diverse
La risoluzione è il numero di pixel del sensore: 640 × 512, 1280 × 1024, e così via.
Il passo del pixel è la dimensione fisica di ciascun pixel, misurata in micron: 17, 12, 10.
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Sono grandezze indipendenti, e la maggior parte delle decisioni sbagliate in fase di specifica nasce dal confonderle.
Cosa determina cosa
La risoluzione determina quanta scena copri. A parità di passo, un sensore con il doppio dei pixel in orizzontale è fisicamente largo il doppio, quindi con la stessa ottica inquadra un campo doppio. Copri più area con una telecamera sola.
Il passo determina quanto lontano arrivi. L’angolo coperto da un singolo pixel dipende dal rapporto fra passo e lunghezza focale. Un pixel più piccolo copre meno scena a parità di distanza, quindi ne cadono di più sul bersaglio e il compito diventa possibile più lontano.
La formula della portata contiene il passo del pixel e non contiene la risoluzione. È tutto lì.
L’esempio che chiarisce
Due telecamere con la stessa ottica da 25 mm.
Telecamera A: sensore 640 × 512, passo 17 micron. Sensore largo 10,88 mm, campo visivo orizzontale 24,6°. Riconoscimento di una persona fino a 138 metri.
Telecamera B: sensore 1280 × 1024, passo 17 micron. Sensore largo 21,76 mm, campo visivo orizzontale 47,1°. Riconoscimento di una persona fino a 138 metri.
Stessa identica portata. La B inquadra il doppio in larghezza, ma su un bersaglio a una data distanza cadono esattamente gli stessi pixel, perché i pixel hanno la stessa dimensione.
Telecamera C: sensore 640 × 512, passo 12 micron. Sensore largo 7,68 mm, campo visivo 17,5°. Riconoscimento fino a 195 metri.
La C ha la stessa risoluzione della A e vede il 42% più lontano, perché il pixel è più fine. In cambio inquadra un campo più stretto.
Questo è il motivo per cui “quanti megapixel ha?” è la domanda sbagliata da fare a un fornitore di termiche.
Il compromesso da conoscere
Ridurre il passo non è gratis. Un pixel più piccolo raccoglie meno energia, quindi a parità di tecnologia costruttiva il rumore relativo aumenta e il NETD peggiora.
I costruttori compensano con materiali e elettronica migliori, e nel tempo ci riescono: i sensori a 12 micron di oggi hanno sensibilità paragonabile a quelli a 17 micron di qualche anno fa. Ma nel confronto fra due prodotti dello stesso periodo il compromesso c’è.
La conseguenza pratica: il passo più fine conviene se il problema è la distanza in condizioni di buon contrasto termico. Se il problema è vedere bersagli poco contrastati, un passo più grosso con NETD migliore può rendere di più.
Nel visibile il ragionamento cambia
Tutto quanto sopra vale identico per le telecamere nel visibile, con una differenza importante: lì la risoluzione conta anche per la portata, perché i sensori nel visibile hanno formati standardizzati in pollici.
Un sensore 1/2.8″ ha una larghezza fisica fissa di circa 5,6 mm. Se ci metti 2 megapixel il passo è più grosso, se ci metti 8 megapixel il passo è più fine sulla stessa superficie. Quindi in questo caso più risoluzione significa davvero pixel più piccoli, quindi più portata, con lo stesso peggioramento di sensibilità in condizioni di scarsa luce.
Il criterio universale resta lo stesso: quello che conta è quanti pixel cadono sul bersaglio. Cambia solo il modo di ricavarlo dai dati del datasheet.
Il parametro che risolve la confusione
Se un datasheet lo dichiara, il numero da guardare è l’IFOV, l’angolo coperto da un singolo pixel, espresso in milliradianti.
Racchiude già passo e focale, ed è direttamente confrontabile fra prodotti diversi: più è piccolo, più lontano arrivi. Con IFOV e dimensione del bersaglio calcoli le portate senza altro.
Pochi costruttori lo dichiarano. Chiederlo è un buon modo per capire con chi hai a che fare.
Domande frequenti
Quanto è importante la risoluzione nelle immagini termiche?
Conta per l’area coperta, non per la distanza. A parità di passo del pixel e di ottica, più risoluzione significa campo più largo, non maggiore portata.
Allora i megapixel non servono?
Servono a coprire più area con una telecamera sola, il che riduce il numero di apparati su un perimetro. Non risolvono un problema di distanza.
Quale passo del pixel conviene?
Più fine se il vincolo è la distanza con buon contrasto termico. Più grosso, con NETD migliore, se il vincolo è vedere bersagli poco contrastati.
Perché due telecamere con lo stesso sensore hanno portate diverse?
Perché hanno ottiche diverse. La portata dipende dal rapporto fra passo del pixel e lunghezza focale, non dal solo sensore.
Come confronto rapidamente due prodotti?
Con l’IFOV, se dichiarato. Altrimenti calcolando passo diviso focale.
Termini collegati
- Criterio di Johnson e DRI — la formula che usa il passo del pixel
- Campo visivo (FOV) — cosa determina la risoluzione
- NETD — il compromesso con la sensibilità