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監視カメラの性能・機能の違いによる実写比較

2・4・5メガピクセル解像度の
防犯カメラによる実写映像比較
イメージセンサーの感度や
サイズの違いによる映像比較
既設の監視システムを活用しながら高解像度を実現 暗闇では赤外線LEDやホワイトLEDを照射しての撮影が有効

監視カメラ映像の画質を決定づける3大要素

 

仕様表を見るだけでは判りづらい製品選択のポイント


デジタルイメージ 監視カメラの映像の良し悪しは、①レンズ②イメージセンサーの性能・サイズ③DSP(デジタルシグナルプロセッサ)の性能で大きく決定づけられます。
その3つのポイントにコストを掛ければ、よりクオリティの高い映像で監視業務を行うことができます。

しかしながら、画質だけではなく導入コストの抑制が求められる監視カメラの分野では、使用目的や設置場所に応じて、価格と性能のバランスを考えた製品を提供することが求められています。

監視カメラの画質は証拠能力に直接関係するスペックですが、際限なくコストが掛けられないのもまた現実です。そのため、監視目的に応じて適切な解像度や必要な機能を有した監視カメラを、的確に選択することが重要となります。


区切り線

固定焦点レンズイメージ

バリフォーカルレンズイメージ

電動ズームレンズイメージ

①単焦点レンズとバリフォーカル/電動ズームレンズについて

監視カメラ搭載のレンズは大きく分けて単焦点レンズバリフォーカルレンズの2種類があります。
そして、用途に合わせたレンズのスペックを判断するために、f=2.8mmのような小文字のfの単位で表される焦点距離と、F1.4のように大文字のFで表されるF値があります。

監視カメラに搭載される単焦点レンズはパンフォーカス仕様となっており、フォーカス(ピント)調整の必要がないので設置が簡単です。各レンズの焦点距離は、f=2.8mmf=3.6mmのように表記され、数値が低ければより広いエリアを撮影できる広角タイプとなり、数値が高いほどレンズは遠い被写体を大きく映す望遠タイプとなります。

一方バリフォーカルレンズはレンズの焦点距離を変更することができます。限られた設置場所で画角調整を行いたい時に便利なカメラですが、施工時にズーム調整と共にフォーカス(ピント)調整を行う必要があります。

近年では監視カメラの分野でも電動ズームレンズ搭載カメラが登場し、セミオートフォーカスタイプであればズーム動作時にフォーカス(ピント)も自動で調整を行いますので、施工時間の短縮を実現することができます。さらに、UTC機能に対応している防犯カメラであれば、UTC機能対応デジタルレコーダーより電動ズームレンズを遠隔操作することができます。

またレンズの性能を比較するポイントの1つに、レンズの明るさを示すF値があります。F1.2、F2.0のように表記されるこの値は、数字の値が低いほどレンズが明るいことを示しています。一眼レフカメラなどでもお馴染みの単位ですが、監視カメラでは一部の例外を除き、単焦点レンズよりバリフォーカル(電動ズーム)レンズの方がF値の低い明るいレンズを搭載しています。

単焦点レンズは監視カメラの分野では通常大口径化(明るい設計)を行わず、比較的小型の防犯カメラに搭載されていることが多いです。しかしながら、夜間も常時カラーで撮影を可能とする特殊な設計の低照度対応防犯カメラでは、単焦点でありながら非常に明るい(F1.0)レンズが搭載されている機種もあります。

また、バリフォーカルレンズのF値の表記でF1.4~360と記載されている製品は、レンズにDCオートアイリスが搭載されています。防犯カメラは、露出調整を行うために電子シャッター制御を行い、シャッター速度を変更することによって映像の明るさを一定に保っています。

DCオートアイリス搭載のレンズは、この電子シャッター制御に加え物理的にレンズへ入ってくる光を制御する絞り(アイリス)調整機能を搭載しています。低照度環境での撮影時には絞り(アイリス)を開けてイメージセンサーへ届く光量を増やし、明るい環境での撮影時には絞り(アイリス)を閉じてイメージセンサーへ届く光量を減らします。

DCオートアイリスが搭載されている防犯カメラは、フリッカーレス機能にも対応し東日本地域(電源周波数50Hz)で蛍光灯下の撮影時に発生するちらつき(フリッカー)を抑制することができます。

またレンズの明るさは、F値で表される光学設計上の数値だけでなく、レンズの素材やコーティングなどでも差があります。レンズ素材の光の透過率が高ければ、イメージセンサー(撮像素子)に届く光の量が増えるので映像は明るく映ります。価格が安い防犯カメラでは、レンズが低品質であったり、プラスチックレンズを使用しているなどの理由で、スペック上同じイメージセンサー(撮像素子)を使用していても画質が劣る場合があります。

またレンズの表面反射を抑制し、透過率を上がるために特殊なコーティングが行われますが、このコーティング技術の差によってもレンズの明るさが大きく左右されます。

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イメージセンサー ②イメージセンサーについて

レンズから入ってきた光の情報を、電気的な情報に変換するのがイメージセンサー(撮像素子)です。このイメージセンサー(撮像素子)はCCDCMOSの2タイプに分類されます。CCDイメージセンサーは低照度環境下の撮影に向いているため、長らく監視カメラに採用されるイメージセンサーの定番となっていましたが、高価であることと近年のCMOSイメージセンサーの低照度性能の向上・高解像度化が進んだこともあり、現在ではCMOSイメージセンサーが主流となりつつあります。

そのCMOSイメージセンサーの低照度性能は、受光面積を向上しノイズを抑制した裏面照射型がSONYからリリースされたことにより一変しました。防犯カメラの世界でもSTARVISというブランド名のCMOSイメージセンサー搭載監視カメラが登場し、かつてCMOSイメージセンサーを搭載していた防犯カメラの低照度性能を、遥かに上回った製品がリリースされています。

一方、イメージセンサーの2強メーカーといえるPanasonic社では、従来の表面照射型CMOSイメージセンサーをさらに改良し、色が鮮やかに再現されるスマートFSI技術を開発。Sony社の裏面照射型イメージセンサーと比肩しうる性能を発揮し、しのぎを削っています。

また、イメージセンサーから防犯カメラの性能を語るときに重要な要素は、センサーのサイズとなります。1/3インチ1/2.8インチという表記がイメージセンサーのサイズを表しています。現在ではインチではなく型(例:1.0型、1/3型など)で呼ばれることもありますが、意味は同じです。

このイメージセンサーのサイズが大きいほど、受光面積が物理的に広がりますので低照度環境下での撮影に強くなります。そのため同じ解像度に対応していても、センサーサイズが大きい監視カメラの方が性能が高いということになります。

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DSPイメージ ③DSP(Digital Signal Processor)について

イメージセンサーと同等のレベルで、重要となる部品がこのDSP(Digital Signal Processor)です。このDSPでは、イメージセンサーから送られてきた電気信号をデジタル信号に変換し、映像のデータ化を行うとともにさまざまな調整を行って画質を整えます。また、各種の映像信号方式に従ってデジタル信号もしくはアナログ信号に変換し、デジタルレコーダーなど他の映像機器に伝送を行う役割を担っています。

DSPはイメージセンサーのメーカーが生産している他、サードパーティのDSPメーカーが各社存在し、HD-SDI/EX-SDIAHDHD-TVIHD-CVIなど高解像度対応の映像信号方式を実装した防犯カメラシステムを実現しています。

防犯カメラのメーカーは、このDSPチップを自社の製品に組み込んで生産を行っています。DSP内部の調整については防犯カメラメーカーの技術的なノウハウとなりますので、製品の良し悪しを決める要素の1つともなっています。

ポイント 監視カメラを選択するポイントは、
①監視カメラの映像は、レンズ・イメージセンサー・DSPの品質で左右される
②同じ部品を使用していても、製造工場での調整能力で性能に差が出る
となります。

監視カメラの解像度について

 

2・4・5メガピクセル解像度の防犯カメラによる実写映像比較


解像度イメージ 地上波のテレビ放送がデジタルに切り換わって以降、監視カメラの分野でも映像の高解像度化が急速に進んでいます。
高解像度の映像は、今まで判別できなかった細部の様子まではっきりと映り、証拠能力を飛躍的に高める効果があります。

一方で、データ量もコンポジット信号時代から比べ、1080p解像度で5倍4メガピクセル(4MP)解像度で10倍8メガピクセル(8MP/4K)解像度で20倍と増大の一途をたどっています。
高解像度の映像を効率よく保存するために、監視カメラ用デジタルレコーダーではH.265H.265+など、画質を保ちながらより効率よくデータを圧縮して保存するための性能向上が行われています。

また詳細な映像が必要な時、同一解像度でも搭載レンズの焦点距離により、映像細部の描写性能が異なります。より長い焦点距離のレンズを搭載した監視カメラは、被写体を大きく映し出すことで人物の顔や車のナンバープレートなどが確認しやすい映像が得られます。

その反面撮影の範囲が狭まるため、撮影したい対象がどの程度の距離でどのくらいの範囲を撮影したいかを予め調査する必要があります。バリフォーカルレンズ搭載の防犯カメラであれば、焦点距離と画角の調整が可能となりますので、設置場所の条件が限られている場合にも効果が高くなります。さらに、UTC機能に対応した電動ズームレンズ搭載の監視カメラであれば、設置後も録画装置から遠隔操作で焦点距離を変更することが可能です。

なお、カメラや録画装置の性能がまだ完全に追いついていない現在では、フレームレートではフルフレーム(30fps)の実現が難しく、それぞれの機器の組み合わせによる互換性の問題も発生しやすくなっていますので、高解像度監視カメラの導入時には注意が必要です。

区切り線

■解像度:2MP(1920×1080)
 f=2.7mm
  ■解像度:4MP(2560×1440)
 f=2.7mm
  ■解像度:5MP(2560×1944)
 f=2.7mm
焦点距離2.7mm、解像度2MPの撮影サンプル   焦点距離2.7mm、解像度4MPの撮影サンプル   焦点距離2.7mm、解像度5MPの撮影サンプル

■解像度:2MP(1920×1080)
 f=12mm
  ■解像度:4MP(2560×1440)
 f=12mm
  ■解像度:5MP(2560×1944)
 f=12mm
焦点距離12mm、解像度2MPの撮影サンプル   焦点距離12mm、解像度4MPの撮影サンプル   焦点距離12mm、解像度5MPの撮影サンプル
※画像をクリックすると、拡大映像が表示されます。

ポイント 監視カメラの解像度を選択するポイントは、
①高解像度監視カメラでのライブ監視・録画映像は高い証拠能力を発揮する
②他の映像機器との互換性の確認や、フレームレートの制限などに注意が必要
となります。

監視カメラのイメージセンサーについて

 

イメージセンサーの感度やサイズの違いによる映像比較


センサーサイズイメージ 監視カメラに搭載されたイメージセンサーは、感度やイメージセンサー自体のサイズによって映像の明るさや入射光量が異なります。この違いは、昼間明るい環境下の撮影ではほとんど影響ありませんが、夜間や照明が暗い室内など低照度撮影時に差が出ます。
下記ではイメージセンサーの感度(ルクス)とサイズの違いによる実写映像を比較します。

AP-D100CV:センサーサイズ1/2.8インチ
  0.0005 Lux /F1.0 (カラー/AGC ON時)
 搭載レンズ:f=3.6mm/F1.0
  AI-CK80TVI:センサーサイズ1/1.8インチ
 0.003 Lux /F1.2 (カラー/AGC ON時)
 搭載レンズ:f=3.8~16mm/F1.5-C
 

AP-CM442EX:センサーサイズ1/2.9インチ
 0.03 Lux /F1.2(カラー/AGC ON時)
 搭載レンズ:f=2.7~12mm/F1.4
  ■従来のカラーカメラ:センサーサイズ1/3インチ
 1.0Lux/F1.2(カラー/AGC ON時)
 搭載レンズ:f=3.6mm/F2.0
 
※画像をクリックすると、拡大映像が表示されます。

ポイント イメージセンサーで監視カメラを選ぶポイントは、
①センサーの感度が高い製品ほど低照度撮影に強いカメラ
②センサーのサイズが大きい製品ほど低照度撮影に強いカメラ
となります。

 

DSPの違いによる比較

 

既設の監視システムを活用しながら高解像度を実現


DSPイメージ 監視カメラの搭載DSPの違いにより、OSDメニューで設定可能な各種映像調整機能が大きく異なります。
特に難条件で撮影を行っている監視カメラで、映像の画質を向上するために有効な機能は、WDR・SMART IR・電子感度アップが挙げられます。

WDR機能は明るい屋外と暗い屋内、光と影がはっきりするような撮影環境で、映像の白飛び・黒潰れを補正します。

SMART IR機能は、移動する人物などが接近時に赤外線照射が過度になった状態を補正し、白飛びを抑える機能です。

電子感度アップ機能は、低照度撮影時自動的にスローシャッターモードに切り換わり、映像を明るくする機能です。

■WDR:OFF   ■WDR:ON
 

IR LEDによる撮影 SMART IR機能オフ時の撮影
SMART IR機能オン時の撮影

■電子感度アップ:OFF   ■電子感度アップ:2倍
 
※画像をクリックすると、拡大映像が表示されます。

ポイント DSPで監視カメラを選択するポイントは、
①仕様表に機能の記載が多い監視カメラほど、高機能のDSPを搭載
②撮影目的に合わせた機能を搭載している防犯カメラを選択する
となります。

 

0ルクス(暗闇)での撮影について

 

光が全くない場所では、赤外線LEDやホワイトLEDを照射しての撮影が有効


夜間イメージ 赤外線LEDを搭載している防犯カメラはIRカットフィルターリムーバブル(ICR)機能を搭載しており、夜間撮影時にはIRカットフィルターを自動的に外して赤外線の感度を上げ、赤外線照射による撮影を行います。赤外線LED照明を利用するメリットは、人の目にはほとんど感知されない波長の光で撮影を行うため、照明を行うことによる周囲への影響を最小限にとどめることができます。反面、撮影できる映像は白黒となるため、撮影映像上での色の判別ができないこととなります。
白色LEDムーンライト)を点灯してカラー撮影を行う監視カメラは、赤外線LED搭載カメラと同じく周囲の明るさを検知して、夜間自動的にLEDの照射を行います。白色LED照明を利用するメリットは、夜間でもカラー撮影を行うことができるので証拠能力をより高めることができることと、常夜灯としても利用できるという点にあります。

しかしながら、同じタイプのLEDを搭載していても、製品によって照射距離が異なります。また搭載しているLEDのタイプによっても照射角度が異なり、近距離LED遠距離LEDをバランス良く配置した防犯カメラや、画面上の四隅に合わせて均一に照射することができるEXIRなどの技術を搭載した監視カメラは、画面全体が均一の明るさに映りますので証拠能力がより高くなります。さらに、搭載しているイメージセンサーの感度や、レンズの明るさなどによっても、撮影した映像の品質に大きく影響します。

AP-B200CV:
 ムーンライト最大照射40m(レンズのF値:F=1.0)
  AP-B384FX:
 赤外線LED:最大照射60m(レンズのF値:F=1.4)
 

AP-B134EX:
 赤外線LED:最大照射30m(レンズのF値:F=2.0)
  ■LED非搭載デイナイト防犯カメラ
 
 
※画像をクリックすると、拡大映像が表示されます。

ポイント 夜間撮影を行う監視カメラを選択するポイントは、
①撮影目的に応じて、赤外線LEDや白色LED搭載の防犯カメラを選択する
②搭載しているLEDの種類や照射距離によって、夜間撮影の能力が異なる
となります。