Применение технических средств наблюдения для контроля территории

Следует отметить, что такой подход весьма упрощен, ибо наверняка найдутся объекты, где при малом количестве камер требуется система с повышенным разрешением, возможностью изменения режимов записи и наблюдения и т.п. Однако рассмотренный подход к проблеме позволяет получить хотя бы первоначальное представление о составе, стоимости и возможностях системы.

Выбор телевизионной камеры. Правильный выбор телевизионных камер является принципиально самым важным моментом в проектировании системы, так как именно характеристиками камер определяются, в конечном счете, характеристики других компонентов системы и в целом ее стоимость.

При выборе телекамеры и места ее установки учитываются:

- категория значимости зоны;

- геометрические размеры зоны;

- необходимость идентификации наблюдаемого предмета;

- ориентация зоны на местности;

- освещенность объекта наблюдения;

- расположение уязвимых мест;

- условия эксплуатации;

- вид наблюдения - скрытое или открытое.

Для того чтобы определить основные параметры камер, целесообразно сгруппировать зоны объекта таким образом, чтобы требования к камерам от группы к группе были различными.

Категория значимости объекта. Выше отмечалось, что класс ТСВ выбирается в зависимости от категории значимости объекта. Это в полной мере относится и к телекамерам. Для наблюдения объектов категории А следует применять высококачественные камеры черно-белого и цветного изображения ведущих специализированных фирм.

На объектах категории Б применяют, в основном, камеры среднего класса, а для категории В вполне оправданно применение дешевых камер, например, южно-корейского или тайваньского производства. В некоторых случаях, когда преследуются цели, нехарактерные для данной категории объекта, могут приниматься другие решения.

Геометрические размеры зоны. Геометрическими размерами зоны определяется угол зрения камеры. В охране входной двери, помещений, открытых площадок применяются широкоугольные камеры с углом зрения 60... 90° либо камеры с меньшими углами зрения, устанавливаемые на поворотных платформах. В охране периметров используются камеры с малыми углами зрения. Угол зрения камеры можно определить по формуле:

где- угол зрения по горизонтали; h - размер матрицы по горизонтали, мм; f- фокусное расстояние объектива, мм.

В качестве иллюстрации можно привести следующие усредненные значения углов зрения камер с различными форматами ПЗС-матриц и объективами с различными фокусными расстояниями.

Для объектива с фокусным расстоянием 75 мм углы зрения составят: 3,6°; 5,0°; 6,6° и 10°, а для объектива с фокусным расстоянием 16 мм эти углы зрения будут составлять соответственно 17, 23, 30 и 43°.

При этом следует руководствоваться справочными данными из каталогов фирм-производителей, так как углы зрения изделий разных фирм могут несколько отличаться друг от друга при одинаковых исходных данных.

Идентификация наблюдаемого предмета. На объектах категорий А и Б, как правило, требуется идентификация личности или номера автомобиля при входе или несанкционированном проникновении в "важные" зоны, такие, например, как банковские хранилища, помещения для хранения оружия либо ядохимикатов, боксы для инкассаторских машин, стоянки служебного автотранспорта и т.п.

С этой целью применяют камеры с повышенным разрешением либо камеры, оснащенные длиннофокусными объективами и имеющие малые углы зрения. Для получения более полной информации об объекте наблюдения используются камеры цветного изображения. Основное требование, предъявляемое к цветным камерам - правильная передача цветов. Для компенсации искажений цветопередачи при изменении источников света в камерах применяются специальные схемы "баланса белого". В хороших камерах регулировка осуществляется автоматически и, как правило, имеются регулировки для адаптации к разным источникам света.

Если в соответствии с геометрическими размерами зоны уже выбран требуемый угол зрения камеры, то минимальная высота объекта определяется по формуле:

где L - расстояние от камеры до наблюдаемого объекта, м; S - минимальная высота объекта, который требуется различать, мм; R - разрешение камеры, ТВ-линий; а - угол зрения объектива.

На практике может оказаться, что камера с выбранным углом зрения не позволяет получить требуемую для идентификации объекта наблюдения детализацию даже при использовании камеры с повышенным разрешением, а применение камеры с меньшими углами зрения может оставить часть зоны без наблюдения. Это характерно для больших помещений и открытых площадок, а также периметров большой протяженности. В таких случаях применяют камеры с вариообъективами, позволяющими изменять фокусное расстояние и угол зрения. В нормальном режиме, когда в зоне нет нарушения, установлено малое фокусное расстояние объектива, камера имеет широкий угол зрения и под наблюдением находится вся зона. При возникновении тревожной ситуации в зоне фокусное расстояние объектива увеличивается, позволяя "приближать" интересующий предмет настолько, чтобы можно было его идентифицировать. Для правильного выбора вариообъектива необходимо определить границы изменения его фокусного расстояния. Нижняя граница f_min выбирается, исходя из требуемого угла зрения камеры в нормальных условиях.

Верхнюю границу фокусного расстояния f_max можно определить как

Следующей важной для идентификации объекта характеристикой камеры является наличие компенсации заднего света, которая позволяет получить, например, качественное изображение лица человека, стоящего спиной к солнцу, в то время как обычная камера даст только темный силуэт. Вся автоматика в таких камерах ориентируется не на среднюю освещенность, а на центральную часть экрана. Развитие этой идеи привело к понятию дифференциального усиления. Этот метод позволяет получить одинаково хорошее изображение даже в резко отличающихся ярких и темных областях кадра.

В последние годы все чаще вместе с видеонаблюдением используется и аудионаблюдение, что позволяет идентифицировать объект по голосу. Многие современные камеры имеют встроенный микрофон либо микрофон и динамик, чем обеспечивается организация соответственно симплексного или дуплексного канала аудиосвя-зи. Наличие аудиоканала, позволяет также прослушивать охраняемую зону, что может оказаться важным при возникновении в ней тревожной ситуации. При организации совместного канала аудио-и видеонаблюдения необходимо использовать специальные кабели.

Освещенность на объекте. Освещенность наблюдаемого объекта может быть различной и, кроме этого, может изменяться произвольным образом. Она зависит от времени суток, погоды, прозрачности воздуха. Поэтому при выборе камеры важно знать такие параметры объекта как минимальная освещенность и диапазон изменения освещенностей. Исходя из значения минимальной освещенности, выбирают камеру с соответствующей чувствительностью. Однако здесь могут возникнуть сложности, вызванные тем, что приводимая в паспорте на камеру характеристика "чувствительность" трактуется неоднозначно. Во-первых, может быть приведена освещенность, при которой камера дает "приемлемое" изображение либо нормальное изображение. Эти значения могут отличаться в 2-4 раза. Во-вторых, ряд фирм проводят измерения без специального фильтра ИК-отсечки, что завышает чувствительность камеры. И наконец, в одних случаях приводится освещенность на объекте, а в других - на ПЗС-матрице.Эти величины связаны между собой выражением:

где R - коэффициент отражения объекта; F - относительное отверстие объектива;-3,14159...

Разница между этими величинами существенная: первая может превышать вторую в 10 раз.

Такая неоднозначность может привести к серьезной ошибке при выборе камеры, поэтому перед приобретением камеры необходимо выяснить, какая из величин указана в документации на нее, а более правильное решение - получить подробную консультацию у специалиста.

Следует отметить, что освещенность объекта сильно влияет на разрешение, поэтому для объектов с очень низкой освещенностью следует выбирать камеры с повышенными чувствительностью и разрешающей способностью. Кроме этого, камеры, устанавливаемые на таких объектах, должны иметь АРУ, которая обеспечивает работоспособность камеры при малой освещенности. Применять сверхчувствительные камеры, представляющие собой комбинацию обычной камеры и прибора ночного видения и имеющие чувствительность в 100... 10000 раз выше обычных, следует с большой осторожностью из-за высокой цены, низкой надежности и очень сложной и неудобной эксплуатации. В частности, их нельзя применять днем, регулярно чуть-чуть поворачивать во избежание "вжигания" изображения, для чего необходимо применять специальные двухкоординатные устройства управления и т.п.

Приведем примерные значения освещенности на объекте для средней полосы России: освещенность в помещении склада -20...75 лк, в офисе - 200...500 лк, в светлой комнате -100... 1000 лк, освещенность на улице в яркий солнечный полдень -

10⁵...10⁶ лк, в пасмурный день - 10²...10⁴ лк, при полной луне -

0,1...1,0 лк, в безлунную ночь - 10~*...10^_3 лк.

Примерные коэффициенты отражения: пустой чистый асфальт -5...10%, автомобиль-40...50%, снежный покров-65...85%.

Еще один способ обеспечить работоспособность камеры в условиях недостаточной освещенности на объекте - организация дежурного освещения. Самым простым и доступным является обычное освещение, которое при оснащении специальными устройствами может включаться и выключаться по расписанию, по уровню освещенности или при приближении человека. Кроме обычного освещения для подсветки объектов используют устройства местной ИК-подсветки и ИК-прожекторы. Однако применение последних, несмотря на ряд несомненных достоинств, таких как высокая надежность и большой КПД, полное отсутствие видимого света, обеспечение подсветки объектов, удаленных на значительное расстояние, ограничено рядом факторов. Во-первых, они очень дороги. Во-вторых, должны давать такой же угол засветки, что и угол зрения камеры, для чего прожектор приходится устанавливать на то же поворотное устройство, что и камеру. При этом, например, 500-ваттный прожектор для наружной установки имеет массу около 10 кг! Кроме этого, его нельзя устанавливать в один кожух с камерой. Диапазон изменения освещенностей необходимо учитывать, как правило, при выборе камер для наружного наблюдения. Для этих целей в системах обычного применения выбирают камеры с электронным затвором или электронной диафрагмой, позволяющими компенсировать 1000- или даже 2000-кратные превышения освещенности, а в системах высшего и среднего классов используют объективы с автодиафрагмой и встроенным фильтром с центральным пятном. В закрытых помещениях, где изменение освещенности небольшое, в основном используются камеры с электронным затвором, обеспечивающим диапазон регулирования выдержки 1/50-1/10000. Только в особых случаях в камерах для внутреннего применения используются объективы с автодиафрагмой.

Размещение камеры в наблюдаемой зоне. Важную роль в обеспечении нормальной работы камеры играет выбор места установки камеры на объекте. При этом нужно обратить внимание на два момента. Во-первых, следует, по возможности, исключить засветки объектива прямым или отраженным солнечным светом либо мощными источниками искуственного освещения, например, прожекторами. И, во-вторых, нужно ориентировать камеру таким образом, чтобы в поле зрения попадали все уязвимые для проникновения нарушителем места, а размеры непросматриваемой зоны не позволяли нарушителю проникнуть через нее.

Для того чтобы избежать засветок, рекомендуется:

- не ориентировать камеру в южную сторону;

- устанавливать камеру на потолке либо на стене или в углу с наклоном ее вниз;

- использовать корпус или кожух с защитными козырьком и фильтром;

- не направлять камеру на блестящие, хорошо отражающие свет предметы, окна и наружные двери.

Размер непросматриваемой камерой зоны L можно определить как

где h - высота установки камеры; а - угол зрения камеры; р - угол между оптической осью камеры и вертикалью; L - угол зрения камеры в вертикальной плоскости; Ц - расстояние по горизонтали - удаление выходного зрачка телевизионной камеры от поверхности ее крепления; L₂ - размер непросматриваемой камерой зоны без учета удаления точки установки камеры от вертикальной поверхности крепления.

Скрытое наблюдение. В некоторых случаях требуется организовать на объекте скрытое наблюдение.

Для этих целей выпускаются специальные малогабаритные камеры. Такие камеры оснащаются миниатюрными объективами с микрозрачком. При недостаточной освещенности объекта наблюдения в этих случаях используют устройства ИК-подсветки, так как обычное освещение здесь, очевидно, не годится. Сама камера устанавливается в стене или на внешней стороне стены помещения, а объектив вводится в маленькую дырочку в стене. К недостаткам объективов Pinhole можно отнести их небольшую светосилу. Кроме малогабаритных камер для скрытого наблюдения иногда, когда требуется сравнительно высокое качество изображения используют обычные камеры с достаточно хорошими объективами. Камеры тщательно камуфлируются под различные предметы, которые не вызывают подозрений и не привлекают внимания. Место установки камеры выбирается таким образом, чтобы оно не находилось постоянно или в течение длительного времени в поле зрения человека, за которым ведется наблюдение.

Условия эксплуатации. Как уже отмечалось, по условиям эксплуатации следует рассматривать камеры:

- для внутреннего применения;

- для внешнего применения;

- для применения в особых условиях.

Камеры для внутреннего применения эксплуатируются в сравнительно хороших условиях: температура и влажность в помещении, если и изменяется, то в весьма небольших пределах, поэтому каких-то особых требований к камерам с этой точки зрения не предъявляется. Если требуется, то применяются декоративные кожухи, которые могут изготавливаться по спецзаказу. Кожухи применяются также в тех случаях, когда необходимо скрыть или хотя бы не афишировать наличие камер. Выбор кронштейнов и поворотных устройств также не представляет сложности, так как для них не требуется специального антикоррозионного покрытия, а сами камеры имеют небольшую массу. Цены на устройства оснащения камер для внутреннего применения невысоки и примерно одинаковы для всех фирм-производителей. При выборе следует обратить внимание на соответствие конструктивных характеристик покупаемых устройств, конструкции самой камеры.

Камеры для наружного наблюдения работают в более сложных условиях. Широкий диапазон изменения освещенности, температуры и влажности окружающего воздуха, дождь, снег, туман, ветер оказывают чрезвычайно неблагоприятное воздействие на работу камеры, аппаратуры телеметрии, поворотных устройств и кронштейнов. Поэтому устанавливаемая на улице камера всегда размещается в герметичном кожухе, имеющем термостат и солнцезащитный козырек, иногда - вентилятор, очистители стекла и т.п. Кронштейны имеют усиленную конструкцию, так как масса камеры в гермокожухе вместе с поворотным устройством и, иногда, ИК-прожектором достигает 20...30 кг. Кроме того, кронштейны должны выдерживать ветровые нагрузки, обледенение и т.п. Все устройства оснащения камер для наружного наблюдения имеют антикоррозионное покрытие, устойчивое к воздействию солнечной радиации. Жесткие требования к конструктивному исполнению этих устройств определяют их весьма высокую стоимость.

К особым условиям работы камеры могут относиться различные факторы: возможность умышленного повреждения камеры, запыленность, пожаро- и взрывоопасность помещения, наличие паров или конденсата агрессивных веществ, повышенный уровень радиации и т.п. Поэтому выбор оснащения камер, работающих в особых условиях, производится строго индивидуально.

В зависимости от условий применения камеры выбирается также тип кабелей и проводов, распределительных и коммутационных коробок.

Требования к аппаратуре постов управления и каналов вередачи видеосигнала. Информация от телекамер по каналам передачи видеосигнала поступает на пост управления, где она коммутируется, обрабатывается, отображается и регистрируется с помощью специальных аппаратных и программных средств. Таких постов в системах высшего и среднего классов может быть несколько, включая и удаленные на значительные расстояния. Точные параметры аппаратуры поста управления, как то: аппаратный состав, функциональные возможности, электрические характеристики и т.п. можно определить, исходя из требований заказчика и результатов обследования объекта. При выборе аппаратуры следует обратить особое внимание на три момента, а именно:

- вся аппаратура должна соответствовать одним и тем же стандартам черно-белого и цветного телевидения;

- разрешающая способность АПУ должна быть выше, чем у самой высокоразрешающей камеры, используемой в системе;

- если в системе есть хотя бы одна цветная камера, вся аппаратура должна обеспечивать обработку и передачу цветного изображения.

Ранее уже рассматривались вопросы построения ТСВ различного класса, приводился их примерный состав и способ первичной оценки сложности. Приведем в завершение темы основные показатели АПУ и каналов передачи видеосигналов, которые могут задаваться заказчиком и которые в конечном счете определяют структуру системы, ее состав и функциональные возможности.

Выделяются следующие группы основных функций и их показатели:

1. Функции: наблюдение, охрана. Показатели в режиме "Наблюдение":

- четкое изображение в пределах установленных зон при заданных уровнях освещенности и ожидаемых производственных помех;

Показатели в режиме "Охрана":

- требуемая различимость при появлении человека или посторонних предметов в пределах установленных зон при заданных уровнях освещенности и ожидаемых производственных помех;

- электронное сканирование в пределах поля зрения ТВ-камер;

- автоматическое управление диафрагмой, трансфокатором;

- -синхронность работы видеокамер и извещателей охранной сигнализации.

2. Функции: управление, контроль. Показатели:

- требуемый режим работы;

- планирование временных окон;

- ручное управление;

- автоматическое управление, в том числе программируемое;

- переход с одного на другой вид управления;

- постоянный или циклический просмотр зон;

- просмотр зон по заданной программе;

- разделение управления между ответственными лицами и охраной;

- автоматический вывод видеоинформации при получении сигнала тревоги от средств охранно-пожарной сигнализации или видеокамеры;

- звуковая и световая сигнализация;

- возможность подключения к техническим средствам охраны;

- просмотр службой охраны оперативной обстановки;

- автономное наблюдение;

- наблюдение с записью на регистратор;

- контроль целостности кабельных линий связи и состояния ТВ-камер, в том числе с выводом последнего кадра.

3. Функции: отображение, регистрация. Показатели:

- запись и воспроизведение видеоинформации от телекамер в соответствии с программой или в другом режиме;

- программная видеорегистрация по зонам с указанием времени и даты при покадровой записи, протоколирование событий;

- оперативный просмотр видеорегистрации;

- документирование видеозаписи по кадрам с указанием даты, времени и места события;

- автоматическая регистрация несанкционированных изменений в режиме "Охрана" синхронно с сигналом тревоги от изве-щателей охранной сигнализации и выдача светового, звукового или речевого оповещения;

- создание и хранение видеоархива;

- адресное распределение видеоинформации;

- вывод текстовой информации на русском языке.

4. Функция: передача изображения. Показатели:

- передача изображения или изменения состояния в зоне по линиям связи через периферийные устройства и приборы на установленное расстояние, наличие необходимого количества регистрирующих приборов;

- контроль наличия ТВ-камер и целостности линий связи;

- управление ТВ-камерами;

- подключение средств охранной сигнализации.

5. Функции: защищенность, сохранность. Показатели:

- работоспособность или выдача сигнала при возникновении помех электрического происхождения и/или радиопомех;

- работоспособность при появлении нарушителя в режиме "Охрана" как извещателя охранной сигнализации;

- работоспособность и сохранение информации при изменении или пропадании основного питания и переходе на резервное;

- сохранение ключа и невозможность изменения программы и режима работы;

- защита от неквалифицированного управления;

- защита от умышленных действий охраны при нарушении работы системы;

- недоступность устройств хранения видеоинформации и основных управляющих программ.

6. Функция: энергообеспечение. Показатели:

- значения напряжения и тока основного питания;

- потребляемые мощности в разных режимах работы;

- автоматический переход на резервное питание;

- контроль состояния питания.

Выводы

1. В изложенной работе рассмотрены достаточно широко вопросы выбора телевизионных средств как составной части единой системы обеспечения безопасности объектов, с чем сотрудникам СБ приходится сталкиваться в своей служебной деятельности.

2. Изложенные в этой работе сведения о составе, особенностях и функциях, реализуемых телевизионной аппаратурой для контроля территорий, являются пропедевтическими и, следовательно, обязательны для изучения и понимания сотрудниками СБ.

3. Сотрудникам СБ как специалистам, ответственным за формирование требований к телеаппаратуре охраны объектов знаний вполне достаточно. Однако если ставится задача по самостоятельному проектированию таких систем, следует дополнительно изучить источники.