买家指南:PTZ相机

PTZ摄像机是一种用遥控器操作的摄像机. PTZ是Pan的首字母缩写, 倾斜, and Zoom—the three primary movement functions that a camera operator would traditionally perform on a tripod-mounted video camera to control the horizontal field, 垂直领域, 焦距. PTZ摄像机的主要优点是操作员不需要站在摄像机后面手动操作它, 因为PTZ相机支持远程或机器人控制和操作. 事实上，移除摄像机操作员意味着摄像机的位置不需要占用太多的空间, 如果PTZ相机安装在墙上或柱子上，它可能不需要实际的足迹.

“PTZ”首字母缩略词并不代表这些摄像机通过远程操作可以做的所有事情, 或者包括操作员传统上通过摄像机菜单系统和镜头控制来控制的所有功能. One of the main benefits of a PTZ camera is the ability to both power the camera and transmit video and audio over a single ether网。 cable.

PTZ早期的挑战

PTZ摄像机已经存在很多年了, 从取代模拟安全摄像机的IP摄像机开始. 这样遗留下来的安全摄像头和由此产生的颗粒, 低帧率, and low-决议 video images have long been a reason video professionals have distanced themselves from this video camera format.

在我自己的事业中, I would try to explain to my clients the benefits of capturing their events with professional large-sensor video camcorders and digital cine cameras by simply stating that smaller-sensor camcorders and PTZ cameras produce video that, 在没有适当照明的情况下, 看起来像是监控录像. Clients understood this comparison better than if I took them on a deep dive into the underlying technologies—the sort of technical content that I have been 在流媒体出版物上写了15年的文章.

现代PTZ质量

如今的专业PTZ相机(下面的图1)一点也不像它们的安全摄像头前辈. 现在你可以找到具有所有专业功能的模型, 技术, 以及专业摄像机和数码电影摄像机上的硬件. 在此PTZ买家指南, I’ll explain many of these features so you can make informed decisions when evaluating PTZ cameras in your own video production workflows.

图1. 这是当今专业PTZ相机的一个例子 PTZOptics 30X-SDI Gen2

和所有技术一样, PTZ摄像机有很多种，从用于在线会议的便宜的网络摄像机质量版本, 到专业的电影制作模型, 适合用在故事片上.

控制器和连接协议

许多PTZ相机配备了一个简单的红外遥控器，看起来类似于电视遥控器. 这可能是足够的一些工作室拍摄，坐着的人才不移动，并使用多个摄像机. Some PTZ cameras have the ability to be assigned a camera number (via a dip switch or software control) and use a remote control to control specific cameras one at a time. 对于更高级的产品，更常用的是硬件和软件控制器.

大多数PTZ摄像机公司都有硬件PTZ控制器，通过有线或无线连接连接到PTZ摄像机. 连接硬件时使用的线缆可能不同, 底层通信协议(如 索尼VISCA协议 和rs - 422.

使用不同的协议和连接, 你不能混合和匹配所有的硬件PTZ控制器与所有的PTZ摄像机. 一些公司 Skaarhoj制造第三方PTZ控制器 设计用于特定的PTZ协议, 他们列出了不同型号支持的PTZ相机.

硬件控制器通常有一个控制平移和倾斜的操纵杆控制器(下面的图2). 旋转操纵杆旋钮可以调节某些型号的变焦, 有些有变焦摇杆, 有些人有两种选择. 除了改变相机设置，如白平衡, 虹膜, 帧率, 决议, 获得, 和更多的, PTZ控制器还可以记录和回忆预设的场景和动作.

图2. 松下的AW-RP150触摸屏遥控器

操作者可以选择是否使用摇杆控制器进行平移, 倾斜, 并且实时缩放或依赖于在事件发生之前存储的预设位置和相机设置. 当操作员同时控制多个PTZ摄像机时，回忆预设的能力尤为重要.

对于我的大多数PTZ作品，我使用2?3台摄像机,, 我将现场(或节目)相机的PTZ调整限制为轻微的取景校正. 在拍摄现场之前，我会在预览监视器中调整其他相机. 用多台摄像机进行现场拍摄, 您可以安全地指定一个作为宽摄像头并操作其余摄像头. 这与使用带有操作人员的摄像机没有什么不同，只是您不需要多个摄像机操作人员. 一个PTZ操作员可以在一个PTZ控制器上控制多个PTZ摄像机.

就像现在很多数字视频和音频硬件一样, 许多PTZ相机都带有制造商提供的软件控制器(下面的图3). 该软件提供与硬件控制器类似的功能, 但在电脑上，设置菜单通常更容易操作, 而相机移动控制更容易在硬件控制器上进行调整. 我倾向于在软件上进行初始设置，然后使用硬件来操作相机.

图3. 鸟狗的凸轮控制PTZ软件控制应用程序

Most PTZ control software offers a video preview but often the quality of the preview is a low-res preview quality and critical changes should always be done using the highest quality output signal available on calibrated monitors. This low-quality preview initially led me to the incorrect conclusion that my PTZ cameras were producing a very noisy image in the shadows, until I viewed the PTZ output at full 决议 and determined it was just the low-res preview that was compressing that signal too much.

PTZ摄像机还可以与vMix和OBS等流媒体软件进行通信, 当与第三方遥控器配对时, 比如Xbox游戏控制器, 这种方法提供了一种成本较低的方式来获得硬件控制，而成本只是昂贵硬件控制器的一小部分.

输出

现代PTZ摄像机上最常见的两种视频输出是HDMI和HD-SDI (下面的图4). 的se are well-known digital connection standards with the usual pros and cons that HDMI is not a locking connector and has more limited cable length runs, HD-SDI也一样, 其锁定bnc式连接器. 这两种格式都有不同的标准，值得考虑. Most HDMI connections will offer the highest 决议 and color space available on the output of a camera while the HD-SDI connections can be more limited due to a lower standard being used. 这是假设PTZ摄像机有多个视频输出，他们甚至在同一时间工作, 但事实并非总是如此.

图4. I/O上 松下aw - u150 4K PTZ凸轮

4K PTZ相机的一个常见限制是，虽然HDMI输出可能能够4K 30P, HD-SDI限于3G HD-SDI输出1080 60P. 两种输出可以同时使用, 但前提是它们都被设置为两个输出都支持的分辨率和帧率.

使用PTZ摄像机的好处之一是它们通常是基于ip的摄像机, 这意味着您可以使用各种不同的协议通过以太网发送视频，这些协议取决于PTZ摄像机. RTMP, RTSP, 和RTP都是成熟的协议, 而抗利尿和SRT是现代和未来工作流中更新的、更理想的协议.

抗利尿 是由NewTek开发的免版税IP视频协议，它有两种主要风格. 抗利尿高带宽(又名全抗利尿)具有较少的压缩, 更少的延迟, 需要更多带宽, 而抗利尿|HX是使用H的高效版本.264或H.265 / HEVC压缩. 抗利尿|HX现在有三个版本:抗利尿|HX, 抗利尿|HX2和抗利尿|HX3 (下面的图5). 一些PTZ摄像机包含抗利尿许可，而其他摄像机则通过付费升级来解锁抗利尿功能.

图5. 不同抗利尿版本的功能(来源: http://www.NDI.tv/sdk/)

SRT是由海视开发的开源协议，可在不可预测的网络中优化视频流性能. 在发送方编码器和接收方解码器中都有一个延迟缓冲区, 丢失的数据包可以被识别出来，并向发送方返回一个否定确认(NAK). 在收到NAK后，丢失的数据包将被重新发送并重建. 当没有卫星或光纤连接时，SRT是一种更便宜的传输视频的方式.

SRT的主要优点是安全的AES128和AES256加密流，以及使用调用和侦听器模式简化防火墙遍历. SRT可以用于视频贡献, 回程, 双向的采访, 广播反馈信息.

许多PTZ摄像机也有一个支持网络摄像机UVC协议的USB输出选项. This can be a great way to increase production value and the quality of content that would traditionally be filmed with a webcam on a live meeting.

输入

常见的PTZ摄像机音频输入包括一个内部麦克风或支持3.5mm或XLR音频输入. 我用的PTZ相机没有内置麦克风, 我通常会操作一个音板来混合我的音源. 我很少把音频反馈给PTZ摄像机. 但是将音频直接添加到我的软件或硬件视频切换器中.

以太网供电(POE)

POE是一种电力传输标准，通过以太网向PTZ摄像机发送电力. 需要使用POE交换机为以太网电缆供电. 坡+ (下面的图6)或POE++是POE摄像机最常用的两个标准, 取决于需要多少能量. PTZ摄像机也可以通过AC-to-DC电源适配器供电.

图6. POE+电源管理 Netgear M4250网络交换机 显示三个POE+ PTZ摄像机消耗36W

传感器尺寸

像所有摄像机一样，PTZ摄像机的传感器尺寸范围很广. 摄像机传感器通常分为1/4英寸和1/3英寸两种尺寸, 但现代视频传感器的尺寸可以更小，或者列出更精确的尺寸, 而不是那些用于营销目的的旧分数范围. 不管, 更小的传感器生产成本更低, 并且可以搭配更长的变焦镜头. 它们的性能也更像是入门级的, 还有颜色, 光线暗的敏感性, 而且分辨率无法与更大的传感器相比.

中间1/2”和1”传感器用于中高端PTZ摄像机, 它们通常具有更专业的功能，可以制作4K 30P甚至4K 60P视频. 更大传感器的代价是更昂贵的镜头，通常变焦范围更短, 但由此产生的视频质量优于类似的小传感器PTZ摄像机.

在最高端的，PTZ相机甚至可以配备全画幅35mm传感器. 的 索尼FR7 是针对电影行业的高端PTZ模式的一个例子吗.

镜头

像摄像机一样，大多数PTZ相机都有一个固定的长焦变焦镜头. 值得注意的例外是前面提到的可更换镜头索尼FR7，它支持索尼Alpha镜头(下面的图7). 镜头的变焦范围越长，镜头的最大光圈可能就越大. 最大光圈越大，穿过镜头的光就越少. 小传感器变焦镜头可以达到20 - 40倍的光学变焦范围.

图7. 索尼ILME-FR7全画幅PTZ可换镜头相机

在较大的传感器PTZ相机上，镜头往往具有较小的变焦范围. 领先的1”传感器PTZ相机像 佳能N500 (下面的图8)的变焦范围在12倍到20倍之间. Zoom range isn’t always the most important criteria when selecting a PTZ camera because the cameras often can be placed closer the action, 因为他们需要更少的足迹比一个相机操作员与三脚架安装相机.

图8. Canon’s CR-N700 is a 4K 抗利尿 PTZ model with a 1" sensor and a 15x zoom range using Canon’s virtually lossless Advanced Zoom 技术.

除了镜头上的光学变焦, 一些PTZ相机提供了更大的变焦范围，几乎是无损的，产生的图像比单独的数字变焦更清晰. 索尼称他们的技术为清晰图像变焦，而佳能称这项技术为高级变焦.

HDR

用PTZ摄像机拍摄并不意味着制作人仅限于Rec 709标准动态范围(SDR)视频. 许多PTZ相机提供各种颜色矩阵和伽马选项，甚至HDR选项，如LOG, PQ, 和HLG，以满足分级生产的需要, color-timed, 或以高动态范围(HDR)传输.

ROI

Working with a 4K camera but broadcasting in HD means the operator can crop a 4K image and produce multiple framing options as if they were using two different video cameras. This wide-shot-with-a-closeup approach can easily make a single camera production look like it was produced with two cameras and allows the producer to always have safety wide shot if the talent moves outside their close-up frame.

Cameras like the Canon CR-N700 feature simultaneous dual SDI outputs that allow the operator to select a region of interest to output in HD, 全4K帧内(下面的图9).

图9. 用佳能CR-N700从一张广角4K照片中选择两个感兴趣的区域

没有记录

在操作PTZ摄像机时，一个重要的考虑因素是大多数摄像机没有内部记录仪. This can be a major workflow consideration for producers accustomed to recording in-camera on camcorders and may require external recorders for each camera and video switcher output.

自动对焦

自动对焦 has improved on video cameras enough that it is challenging the notion that professionals should always use manual focus. 许多PTZ现代摄像机现在具有智能跟踪对象并聚焦于其眼睛的能力(下面的图10). 这是保持专注的一种非常准确的方法, 当人才流动时，这可能会很困难.

图10. 佳能CR-N700的高级自动对焦功能

智能自动化

PTZ相机的最新必备功能是自动跟踪或自动取景功能. 先进的自动对焦可以更准确地跟踪拍摄对象，并在一个帧内保持对焦, 智能自动化相机平移, 倾斜, 缩放运动现在可以跟随主体通过调整帧(下面的图11).

图11. Sony’s SRG-A Series PTZ cameras achieve auto-framing through AI 技术 that detects a subject’s skeleton to track their movements fluidly and accurately.

利用内置的人工智能分析, auto-tracking/auto-framing closely mimics the way a human operator would keep a subject in-frame—yet another example of how contemporary PTZ cameras take hands-free operation well beyond beyond the pan, 倾斜, 缩放功能赋予了它们名字，但在很多情况下只是开始描述它们的特性集.