Разработка системы видеонаблюдения типового магазина

Выявление фактов кражи по истечении времени возможного реагирования. Надо отметить, что эта функция наиболее эффективна только для выявления внутренних краж. Правильно организованная видеозапись событий, простой и удобный доступ к их просмотру, возможность обработки изображений позволяет не только выявить факты мошенничества и воровства сотрудников, но и подвести под это доказательную базу.

3.2 Элементы системы видеонаблюдения

В данном решении предлагается цифровая система видеонаблюдения на основе цифрового 8-канального видеорегистратора, купольных видеокамер с вариофокальным объективом и ИК-подсветкой, корпусных видеокамер, а также уличных всепогодных камер со встроенной ИК-подсветкой для наблюдения за территорией.

Видеокамеры в аналоговом виде передают изображение по выделенным коаксиальным кабелям на видеорегистратор.

Видеорегистратор оцифровывает изображение и записывает на встроенный жесткий диск. Запись может вестись по отработке детектора движения, постоянно, по команде оператора. На монитор выводится либо мультикартинка, либо выбранная видеокамера. Записанные данные можно просматривать непосредственно с видеорегистратора, через WEB интерфейс, на другой ПЭВМ при подключении регистратора к Ethernet.

Функциональная схема системы видеонаблюдения представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Функциональная схема системы видеонаблюдения

Отдельно остановимся на каждом элементе системы.

1. Видеокамеры [11]. Основу любой телевизионной системы составляют телевизионные камеры.

Первые телевизионные камеры появились в 30 - х годах прошлого века и изготавливались на основе стеклянных трубок с покрытием из светочувствительного люминофора на внутренней поверхности стекла. Их называли передающими трубками, и работали они по принципу, основанному на фотоэффекте. При появлении охранного телевидения существовало два типа таких трубок: видиконы и ньювиконы.

Работа всех передающих трубок основана на принципе сканирования электронным лучом покрытия внутри трубки под действием электромагнитного поля. На этом принципе в настоящее время работают телевизоры с электронно-лучевой трубкой. Видеокамеры на базе трубки «Ньювикон» были более чувствительны, дороги и работали только совместно с объективами с автоматической регулировкой диафрагмы.

При проведении аналогии с телевизионными трубками, применяемыми в телевизорах, можно определить ряд особенностей, которых не существует в современных матрицах, основанных на ПЗС-технологии: большие габариты видеокамеры; наличие высокоточной, плохо защищенной от внешнего воздействия, отклоняющей системы; необходимость высокого напряжения; малый срок службы люминофорного покрытия; наличие сильных геометрических искажений.

Сначала микроэлектронная технология не позволяла создать элемент изображения (пиксел) в приборе с зарядовой связью (ПЗС-матрица) меньше электронного луча, получаемого в видеокамерах, построенных на основе трубок. В результате разрешение видеокамер, построенных на базе ПЗС-матриц, оставалось очень низким. В 70-е годы прошлого века, когда выяснилось, что приборы с зарядовой связью очень чувствительны к свету, началось бурное развитие ПЗС-технологий. В наши дни оно достигло высокого уровня. Теперь в нашем распоряжении есть матрицы, которые позволяют получать не только очень высокое разрешение, но и продемонстрировать высокую чувствительность за счет уменьшения потерь на этапе преобразования светового (фотонного) потока в стандартный видеосигнал.

Как правило, видеокамеры построены на базе матриц, произведенных солидными компаниями, а схемных обвязок, которые в состоянии либо сохранить параметры исходного уровня сигнала, полученного матрицей, либо ухудшить его, очень много. Таким образом, качество изображения зависит не только от одной ПЗС-матрицы, но и от уровня схемотехники, реализованной конечным производителем видеокамеры.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4 - Цветная видеокамера для уличной установки

Современные видеокамеры содержат:

- плату со схемой преобразования сигнала, получаемого с установленной на ней ПЗС-матрицы, в композитный видеосигнал;

- объектив с креплением С, CS, М12;

- блок питания видеокамеры (встроенный или внешний);

- корпус (прямоугольной или купольной формы);

- дополнительные встроенные или внешние функциональные модули (передатчики видеосигнала, устройства грозозащиты и т.п.).

Видеонаблюдение может осуществляться внутри помещений и снаружи, скрытно и открыто. Но в любом случае, организация даже простейшей системы видеонаблюдения требует применения охранных видеокамер. В настоящий момент на рынке безопасности присутствует огромное количество подобных устройств, значительно различающихся как конструктивно, так и по своим техническим характеристикам. Следует также учесть, что нет единого международного стандарта на измерение параметров видеосистем вообще, и видеокамер в частности; - многие параметры измеряются в разных фирмах по-разному, при различных условиях. Поэтому следует быть весьма осторожным в отношении параметров, указываемых в рекламных буклетах, каталогах и даже технических инструкциях.

Основой любой видеокамеры наблюдения является ПЗС-матрица - прямоугольная (с отношением сторон 3:4) полупроводниковая пластинка, которая преобразует падающий на нее через объектив свет в электрический сигнал. ПЗС-матрица состоит из большого числа фоточувствительных ячеек, которые формируют элементы изображения - пикселы. Количество пикселов нередко указывается в паспорте на видеокамеру (например, 752 х 582). Чем больше пикселов, тем чётче и детальней изображение.

Качество камеры в значительной мере определяется качеством матрицы ПЗС. Компаний, производящих матрицы достаточно мало, ведущими являются - Sony, Panasonic, Samsung, LG. Поэтому практически все видеокамеры построены на базе матриц, произведенных этими компаниями. Однако остальные схемотехнические решения лежат на совести изготовителя камеры.

Как и диагональ телевизора, размер ПЗС-матрицы измеряется в дюймах. Этот параметр (формат ПЗС-матрицы) приводится в паспорте на камеру и необходим для правильного выбора объектива - если объектив поставляется отдельно, что очень редко для камер бюджетного диапазона. При прочих равных условиях предпочтительнее выбирать камеру с большей матрицей - пиксел большего размера позволяет захватить большее количество света. Поэтому даже в том случае, когда количество пикселов у двух камер одинаково, изображение, записанное пикселами большего размера чётче. Сказанное справедливо только для высоких уровней освещённости, так как уровень шумовых токов у такой матрицы также значительно выше. В то же время, как правило, камера с ПЗС-матрицей меньшего формата дешевле. Помимо цены и малых габаритов, малоформатные телекамеры имеют еще одно преимущество - уменьшенное энергопотребление (примерно пропорционально формату).

В настоящее время наиболее часто используются матрицы формата 1/3 (4.8 х 3.6мм) и 1/4" - (3,6 х 2,7) мм. Пока более популярна матрица 1/3 .

Для решения задач видеонаблюдения вполне достаточно того качества изображения, которое обеспечивается камерами формата 1/3 дюйма. В телевизионных камерах формата 1/4 дюйма даже при хорошем уровне освещённости шум виден на всех фрагментах изображения. Если присмотреться, то все изображение кажется покрытым «рябью». Однако шум не столь сильный как в камерах формата 1/5 и 1/6 дюйма и в целом не мешает различению мелких деталей. В сложных условиях наблюдения, либо, когда требуется максимальное качество изображения, нужно выбирать полдюймовые модели.

Цветные ПЗС-матрицы имеют аналогичную чёрно-белым структуру, но перед ячейками формируются микрофильтры основных цветов R, G, B (следовательно, для цветных видеокамер количество результирующих ячеек будет в 3 раза меньше, чем у черно-белых видеокамер).

Основным достоинством цветных камер является то, что они позволяют получить больше информации о наблюдаемом объекте - на цветном изображении можно увидеть то, что незаметно на черно-белом. Однако черно-белые видеокамеры более чувствительны (могут работать при меньшей освещенности, почти в полной темноте, в условиях небольшого тумана) и имеют лучшую (в полтора-два раза) разрешающую способность. К тому же, что немаловажно, черно-белые видеокамеры стоят в полтора раза дешевле цветных. Конечная же стоимость цветной телевизионной системы получается в 2-2,5 раза выше черно-белой, с учетом использования цветных видеомониторов и других компонентов (для эффективного применения цветного телевидения ночью необходимо обязательно включать в состав ТВ-системы дополнительные средства освещения).

Из сказанного можно сделать следующий вывод: цветные камеры следует устанавливать только при наличии достаточного освещения и если цветное изображение действительно необходимо: например в бюро пропусков, супермаркетах, для идентификации цвета транспортного средства.

Одной из важнейших характеристик видеокамер является их разрешающая способность. Она характеризует способность видеосистемы различать мелкие детали и удаленные предметы. Разрешающая способность видеокамер измеряется в так называемых телевизионных линиях (ТВЛ) - количестве различимых на экране видеомонитора вертикальных черных и белых штрихов минимальной толщины. То есть, речь идет о разрешающей способности по горизонтали, поскольку по вертикали число элементов жестко привязано к телевизионному стандарту. Общепринятыми являются стандарты ССIR для черно-белых и PAL для цветных камер. Оба стандарта подразумевают 625 строк по вертикали. Чем выше значение разрешающей способности, тем мельче детали и более удаленные предметы можно наблюдать. Как правило, этот параметр не превышает число пикселей в строке, умноженное на 0,75.

Среднее разрешение черно-белых телекамер составляет 380-420 ТВЛ, высокое - 550-570 ТВЛ. Цветные камеры среднего разрешения имеют разрешение от 280 до 330 ТВЛ; повышенного имеют разрешение до 460 ТВЛ. Реальное разрешение камеры может меняться при различных условиях освещенности, при низкой освещенности оно обычно снижается.

Недорогие камеры среднего разрешения обычно применяют для оценки общей обстановки, то есть для большинства случаев видеонаблюдения. При простых условиях наблюдения (внутренние помещения, коридоры, постоянно освещенные зоны) вполне достаточным является разрешение 380...420 ТВЛ. Для примера, телевизор мы смотрим с 400 ТВЛ -- это определяется стандартом телевизионного вещания. Камеры с разрешением 420 ТВЛ достаточно практически всегда.

Если требуется определение мелких деталей (например, чтение номеров автомобилей), чёткое опознавание людей - нужны камеры повышенного разрешения. Тем не менее, нужно отметить, что заметное улучшение четкости изображения в телевизионной системе с камерами высокого разрешения происходит только тогда, когда все элементы системы поддерживают высокое разрешение. Если мониторы, устройства документирования видеоинформации, и прочие компоненты системы видеонаблюдения не обладают высокими характеристиками, то изображение, формируемое камерой стандартного разрешения, может даже превосходить по качеству изображение с камеры высокого разрешения.

Ещё один важный параметр ПЗС-матрицы, и, следовательно, камеры в целом - её чувствительность. Чувствительность измеряется в люксах (лк) и определяет качество работы камеры в условиях низкой освещенности. Параметр может приводиться в документации как минимальная освещенность. Эта такой уровень освещённости на объекте, измеренный в стандартных условиях, при котором можно различить переход от чёрного к белому. Чем меньше её значение, тем выше качество видеокамеры (обстановка на объекте становится все темнее, а изображение остается еще различимым).

Чувствительность большинства современных черно-белых видеокамер охранного наблюдения лежит в пределах 0.01 - 1 люкс (при F1.2).

Для получения качественного видеосигнала в условиях недостаточной освещённости необходимо применять дополнительные источники освещения. Около 75 % энергии при нагревании нити накаливания из вольфрама излучается в инфракрасном диапазоне в виде теплового (инфракрасного) излучения. По сравнению с человеческим глазом чувствительность черно-белых видеокамер также существенно сдвинута в инфракрасную область. Инфракрасное излучение не видно человеческому глазу, но прекрасно фиксируется видеокамерами. Это обстоятельство позволяет при недостаточной освещенности использовать в охранных видеокамерах инфракрасную подсветку, или же специальные инфракрасные прожекторы.

В черно-белых видеокамерах высокой чувствительности в условиях недостаточной освещённости происходит переключение в режим пониженной разрешающей способности или возрастания времени накопления зарядов на элементах матрицы.

Наиболее чувствительные (0,001- 0,01 люкс) камеры могут использоваться для ночных наблюдений без ИК - подсветки. Для эффективной работы таких камер вполне достаточно лунного света. Для помещений минимальная чувствительность камер может составлять 0,5 лк.

Цветные видеокамеры имеют значительно меньшую чувствительность в видимом диапазоне, а также у них отсутствует чувствительность в инфракрасной области спектра. Поэтому при низкой освещенности цветные видеокамеры автоматически переходят в режим черно-белого изображения.

Оптический формат - размер чувствительности области ПЗС - матрицы в дюймах. Основными форматами являются: 1/3; 2/3; 2/3; 1.

Чем больше оптический формат, тем меньше при прочих равных условиях геометрическое искажение изображения. Камеры с оптически форматом 1/3 имеют небольшие габариты и стоимость и используются, в основном, для ведения скрытого наблюдения, а также в системах с невысокими требованиями к качеству изображения. В последнее время на рынке появились миниатюрные камеры формата 1/4.

Синхронизация - привязка видеосигнала к фазе сетевого напряжения или внешнего источника синхроимпульсов или другого видеосигнала.

Камеры, питающиеся от сети 220В /50Гц или 24 В/50Гц, синхронизируются от этой же питающей сети.

Камеры, питающиеся от источника постоянного тока 12в, должны иметь вход внешней синхронизации, сигнал на который подается от специального устройства - синхронизатора. Отсутствие синхронизации камер от единого источника синхросигнала значительно повышает утомляемость операторов ТСВВ, а при использовании в системе 8 камер и более приводит к постоянным срывам изображения, потерям многих кадров, что делает наблюдение и видеозапись невозможными.

Электронная диафрагма - элемент конструкции ПЗС - матрицы, обеспечивающий автоматическую регулировку выдержки, в зависимости от уровня освещенности.

Автоирис - способность камеры управлять объективами с электрической регулируемой диафрагмой и встроенным усилителем. Отсутствие регулировки диафрагмы приводит к резкому уменьшению диапазона управления световым потоком.

Параметр «отношение сигнал / шум» измеряется в децибелах. Его значение не должно быть ниже 30 дБ, иначе шумы на экране начинают сильно влиять на качество видеосигнала («снег» на изображении). При отношении сигнал/шум 45 дБ шум практически не заметен. При 40 дБ шум уже заметен, 30 дБ - сильные шумы, 20 дБ - изображение теряется в шумах.

Следует, конечно, учитывать, что в технических характеристиках камер значения сигнал/шум указываются для оптимальных условий.

Автоматическая регулировка усиления. Так как в процессе работы видеокамера преобразует интенсивность светового потока в размах напряжения и может работать в широком диапазоне освещённостей, для выравнивания амплитуды выходного видеосигнала по всему диапазону применяется автоматическая регулировка усиления. Благодаря режиму АРУ, имеется возможность осуществлять непрерывную съемку планов с разной яркостью, значительно выравнивая её значения на экране монитора. Автоматическая регулировка усиления позволяет повысить резкость изображения при чрезмерной освещённости (ослабить эффект засветки).

Электронный затвор - свойство камеры регулировать время накопления заряда на ПЗС-матрице. Позволяет обеспечить постоянную среднюю яркость изображения. Для современных видеокамер стандартным является диапазон его регулировки в пределах от 1/50 до 1/100,000 с, что позволяет отрабатывать изменения уровня освещённости в 2000 раз. Кроме того, при высоких уровнях освещённости увеличения скорости электронного затвора позволяет получить более чёткое изображение.

Компенсация встречной засветки - функция корректировки изображения, когда какой-либо объект в поле зрения камеры представлен на ярком фоне. Это может быть человек в тёмном коридоре на фоне открытого дверного проёма, либо едущий навстречу камере автомобиль с включёнными фарами и т.д. В режиме компенсации встречной засветки видеокамера позволяет выровнять по яркости изображение в целом - ослабить чересчур яркие участки и передать на монитор картинку примерно одинаковой яркости по всему кадру.

Гамма-коррекция - изменение выходного сигнала видеокамеры таким образом, чтобы на мониторе получилось изображение с верной контрастностью. В некоторых моделях чёрно-белых видеокамер имеется специальная схема, позволяющая увеличить число градаций при передаче полутонов чёрного и серого цветов.

Баланс белого (для цветных видеокамер). Изменение освещённости может приводить к значительным искажениям цветопередачи, если камера не содержит специальной схемы «баланса белого». Схема обеспечивает пропорциональное изменение электронными методами коэффициентов усиления в каналах красного и синего цветов относительно зелёного. Такое решение позволяет верно передавать цвет объекта, независимо от источника освещения.

Недорогие цветные камеры имеют лишь автоматический «баланс белого» для данного источника света. Внутри более качественных камер, как правило, имеются регулировки для адаптации к разным источникам света.

Канал звука - для организации двунаправленного аудиоканала в видеокамеру, кроме микрофона, встраивается динамик.

Конструкция узла присоединения объектива - если камера не имеет встроенного объектива, в ее конструкции предусмотрен узел присоединения для установки съемных объективов.

Все камеры видеонаблюдения можно условно разделить на стационарные и управляемые, которые, в свою очередь, в зависимости от условий эксплуатации относят к видеокамерам для помещений и видеокамерам уличного применения.

Стационарные видеокамеры для помещений можно разделить на стандартные (без встроенного объектива); цилиндрические и купольные, в которых уже установлен объектив с фиксированной диафрагмой или объектив с АРД (автоматической регулировкой диафрагмы).

Рассмотрим устройство и основные характеристики охранных видеокамер, а также проведём сравнительный анализ цветных и чёрно-белых камер нижнего и среднего ценового диапазона.

Черно-белые видеокамеры применяются в составе систем видеонаблюдения (CCTV) для обеспечения безопасности объектов без повышенных требований к качеству видеоизображения. Ч/б камеры видеонаблюдения получили широкое распространение в офисах, школах, частных домах, квартирах и других объектах.

Цветные видеокамеры применяются в составе систем видеонаблюдения (CCTV) для обеспечения мониторинга объектов с необходимостью передачи качественного видеоизображения на монитор видеонаблюдения. Цветные камеры видеонаблюдения теряют эти свойства и становятся черно-белыми в темноте.

Камеры видеонаблюдения с функцией «День/ночь» - это цветные камеры, которые обладают функцией перехода в черно-белый режим в темное время суток. Различают два типа камер видеонаблюдения «День/ночь»: с электронным переключением в ч/б режим и с помощью использования механического фильтра. IP-камера (сетевая камера, web-камера) - стационарно установленная видеокамера, которая имеет встроенный IP-сервер, сетевой интерфейс. IP-камера подключается непосредственно к LAN/ WAN/ Internet.

Модульные (бескорпусные) камеры видеонаблюдения представляют собой функционально законченную камеру с внутренней синхронизацией. Предназначены для видеонаблюдения, но могут использоваться и в прикладных целях. Чувствительный элемент камеры может работать в инфракрасном диапазоне, поэтому, если отдельно поставить инфракрасную подсветку, видеокамера «видит» в полной темноте. Современные бескорпусные камеры отличает высокое разрешение (до 550 в цвете и 600 ТВЛ в черно-белом режиме), формируемое ПЗС-матрицей с последующей обработкой цифровым процессором DSP. Через меню настраиваются параметры экспозиции, такие как затвор в ручном режиме с предельными значениями от 1/50 до 1/10000, подбирается оптимальный под объект режим баланса белого. Бескорпусные камеры представляет собой миниатюрный видеомодуль с фиксированным объективом, расположенный на плате. На задней стенке платы расположены кнопки экранного меню. Среди особенностей необходимо отметить возможность установки перехода «день-ночь» от 0 до 60 секунд. Для каждого из переходов «день-ночь» и «ночь-день» доступны опции настройки освещенности.

Управляемые (с возможностью дистанционно менять положение линии наблюдения в двухкоординатной системе) видеокамеры по конструктивному исполнению можно разделить на стандартные, построенные на базе двухкоординатной турели и гермокожуха с видеокамерой (на сегодняшний день это, по целому ряду технических характеристик, устаревшее решение), и купольные (приложение 6).

Купольные видеокамеры со скоростным PTZ-приводом эффективны в условиях непрерывной круглосуточной работы системы видеонаблюдения крупных магазинов, казино, банков, больниц, офисов.

Беспроводные видеокамеры кроме охранных систем широко применяются в шпионской деятельности. Подобная видеокамера, как правило, сама ничего не записывает, а передает сигнал на приемное устройство, которое можно подключить к видеомагнитофону и записывать происходящее на обычную видеокассету. Для охранных систем с беспроводным наблюдением все чаще используются современные беспроводные камеры с интерфейсом Wi-Fi. Подобные камеры помогут выйти из ситуации, например, при монтаже систем безопасности на улице, когда нет возможности провести провода от видеокамеры системы до видеорегистратора. Однако при использовании беспроводной системы видеонаблюдения следует обеспечить систему специальной защитой от перехвата информации. Другое достоинство использования беспроводных систем видеонаблюдения - есть возможность с лёгкостью поменять месторасположение видеокамер в случае проведения реорганизации системы видеонаблюдения или по другим причинам. Самым важным плюсом беспроводного видеонаблюдения является возможность установить камеры практически в любом месте, даже там, где провести кабель трудно или даже невозможно.

К минусам беспроводного видеонаблюдения можно отнести частые проблемы с настройками изображения. Качество предлагаемых сегодня на рынке беспроводных моделей камер достаточно низкое, поэтому порой затруднительно настроить нужную частоту сигнала, на которой должно передаваться видеоизображение. Кроме этого, беспроводные видеокамеры камеры имеют невысокое разрешение.

Миниатюрные камеры видеонаблюдения используются для ведения скрытого наблюдения, могут использоваться как в стационарных системах видеонаблюдения, так и вести мобильную скрытую съемку. Могут сопрягаться с микрофоном и передавать аудиосигналы. В последнее время особую популярность приобрели миниатюрные камеры с выносным микрообъективом, который посредством опто-волоконного кабеля сопрягается с ПЗС - матрицей видеокамеры. Вторым по важности компонентом камеры после ПЗС - матрицы является объектив. Камеры нижнего ценового диапазона поставляются в комплекте с объективом, более дорогие - обычно отдельно (приложение 2).

Объектив - это устройство, формирующее изображение объекта в плоскости ПЗС- матрицы. Объектив может быть встроенным в камеру или сменным [19]. И те , и другие могут вносить дополнительное ухудшение качества изображения. Необходимо отметить, что качество самих объективов зависит от таких факторов, как тип стекла, механические компоненты, конструкция, технология изготовления.

Наиболее важным параметром объектива является его фокусное расстояние. В охранном телевидении используются объективы с фиксированным и переменным фокусным расстоянием (вариообъективы). Оно измеряется в миллиметрах. Фокусное расстояние определяет угол обзора видеокамеры, и, тем самым, детализацию. Широкий угол обзора не позволяет разглядеть мелкие детали, но позволяет лучше оценить обстановку в целом. Узкий угол обеспечивает высокую детализацию.

Изображения близко расположенных объектов при использовании короткофокусных объективов будут более контрастными и резкими, в сравнении с изображением удаленных объектов при использовании длиннофокусных объективов.

Объектив выбирается в соответствии с назначением камеры. Видеокамера, объектив которой имеет фиксированное фокусное расстояние, имеет зону обзора в строго ограниченных пределах по горизонтали и вертикали.

Для максимального обзора выбирают широкоугольные объективы с фокусным расстоянием порядка 3,5 мм. При этом угол зрения камеры будет около 90°. Длиннофокусные объективы с фокусным расстоянием, например 12 мм и углом зрения 30° в основном используют при наблюдении периметра объекта. Отметим, что угол обзора видеокамеры по горизонтали существенно шире угла обзора по вертикали, что следует учитывать при анализе «мертвой зоны» под видеокамерой.

Следует учитывать, что различимость деталей на экране зависит от того, какую его часть занимает интересующий объект. Чем больше объектов в кадре, тем они мельче и их труднее различить.

Приняты следующие эмпирические соотношения для систем охранного видеонаблюдения:

- для распознания силуэта человека требуется, чтобы на экране монитора он занял 1/10 часть;

- для уверенного распознания знакомого вам человека его фигура должна занимать 1/3 экрана монитора;

- для идентификации неизвестного вам лица нужно, как минимум, в полный экран «поместить» 2/3 высоты человека;

- для распознания номера автомобиля - его отображение необходимо разместить в 1/4 части экрана.

Из сказанного следует, что практически невозможно обеспечить узнаваемость деталей по всему полю обзора камеры - нужно продумать правильную расстановку видеокамер наблюдения, стратегию и тактику их применения. А также их необходимое количество.

В документации иногда указывается одно значение угла обзора. В этом случае, обычно, указывается значение угла по диагонали матрицы.

Можно выделить ещё одну закономерность - дистанция уверенного распознавания, выраженная в метрах, примерно соответствует фокусному расстоянию видеокамеры, выраженному в миллиметрах. Это очень важный практический вывод, позволяющий не вдаваясь в сложные вычисления подобрать камеру под конкретные задачи.

Например, для 1/3 видеокамеры с популярным объективом 3,6 мм на расстоянии 3 метра размер наблюдаемой зоны равен примерно 4 метра по горизонтали и 3 по вертикали. Человеческая фигура в полный рост займёт при этом примерно 2/3 экрана по вертикали, что позволяет уверенно провести идентификацию и хорошо согласуется с приведёнными выше данными.

Рассмотрим также ряд дополнительных параметров и сервисных возможностей объективов видеокамер, которые в большинстве моделей регулируются автоматически.

Глубина резкости - диапазон расстояний, на которых объекты наблюдения остаются хорошо сфокусированными. Короткофокусные объективы имеют большую глубину резкости. С увеличением расстояния до объекта увеличивается глубина резкости. Длиннофокусный объектив даже при съёмке удалённых объектов имеет ограниченную глубину резкости.

Трансфокатор - устройство, позволяющее изменять фокусное расстояние в широких пределах. Существуют объективы, фокусное расстояние которых может дистанционно меняться оператором, подобно как на бытовых видеокамерах и фотоаппаратах. Они позволяют визуально удалять или приближать объекты перед камерой. Их недостаток выплывает из их достоинства - зачастую оператор, наблюдая за каким-либо объектом, приближает его, а затем забывает возвратить объектив в исходное положение и угол обзора камеры остается слишком узким для решения поставленных перед ней задач. Поэтому видеокамеры с трансфокаторами используют для наблюдения за динамическими объектами параллельно с камерами, в которых используются объективы с фиксированным фокусным расстоянием.

Еще один важный параметр объектива - наличие регулируемой диафрагмы.

Все выпускаемые объективы также можно разделить по способу управления диафрагмой - ручное и автоматическое. В объективах с автоматической диафрагмой управление происходит автоматически: в зависимости от уровня светового потока, попадающего на матрицу, меняется относительное отверстие диафрагмы объектива, через которое он проходит. Управление диафрагмой происходит через сервоусилитель.

Существует одна особенность построения системы управления диафрагмой объектива с АРД. Объективы с АРД делят на две подгруппы. В первой подгруппе управление диафрагмой осуществляется видеосигналом - VD, а во второй подгруппе автодиафрагма управляется сигналом постоянного тока - DD.

Разница между двумя подгруппами заключается в том, что в объективах, относящихся ко второй подгруппе, полупроводниковые элементы усилителя управления диафрагмой расположены на плате видеокамеры. Эта особенность построения схемы управления диафрагмой накладывает определенные требования к совместимости применяемых объективов и видеокамер, изготовленных разными производителями. Но в то же время объективы с управлением диафрагмой постоянным током дешевле. На сегодняшний день, когда производители, стараясь выдержать конкуренцию на рынке, вводят дополнительные функции в видеокамеры, можно выбрать объектив с любым управлением диафрагмой. С практической точки зрения имеет смысл отдавать предпочтение известным производителям оборудования подобного типа (в зависимости от задачи) - Panasonic, Ernitec, Computar, Canon, Avenir или Tokina.

Объективы с автодиафрагмой позволяют получать качественное изображение как при ярком солнце, так и при низкой освещенности и применяются в тех случаях, когда освещенность объекта в течение периода наблюдения может меняться в широких пределах либо не исключены прямые засветки камеры.

Относительное отверстие - определяет освещенность на ПЗС- матрице, иначе светосилу объектива. Светосила характеризует долю световой энергии, пропускаемой объективом. Светосила обозначается буквой «F». Большей светосиле соответствует меньшее значение F. При объективе с большей светосилой камера той же чувствительности даст лучшие результаты в условиях низкой освещенности.

Объективы с постоянным фокусным расстоянием и нерегулируемой диафрагмой относятся к самым простым и недорогим. Они могут с успехом применяться в помещениях с постоянным уровнем освещения. Не требуют дополнительных настроек, неприхотливы в обслуживании.

Объективы с постоянной и ручной диафрагмой применяются в условиях незначительных изменений освещенности (обычно в помещениях). Объективы с ручным управлением диафрагмы позволяют установить минимально возможную в данных условиях диафрагму и тем самым увеличить глубину резкости.

Вариофокальные объективы представляют собой наиболее универсальное и практичное решение для оптимизации угла обзора на месте. Эти объективы позволяют устанавливать практически любой угол обзора. Технические характеристики вариобъективов с автодиафрагмой обеспечивают максимальный эффект наблюдения. Наблюдатели не нуждаются в нескольких объективах с различным фокусным расстоянием, установка оказывается более эффективной, поскольку правильный угол обзора может быть найден без изменения настроек камеры. При изменении требований к зоне обзора после установки очень легко осуществить модификацию, изменив лишь настройки фокусного расстояния объектива.

Микрообъективы предназначены для установки на миниатюрные и бескорпусные видеокамеры и имеют резьбу М12х 0,5. Отсутствие диафрагмы ограничивает их применение на объектах с постоянным уровнем освещения.

Камеры для открытого внутреннего наблюдения размещаются в защитных корпусах (кожухах), которые имеют разную форму (сфера, полусфера и т.п.), габариты, конструкцию крепления (потолочная, настенная, угловая). Камеры можно подобрать по оформлению, наиболее подходящему к конкретному интерьеру.

Гермокожухи предназначены для защиты видеокамер наружной (уличной) установки от неблагоприятных погодных условий. Они могут быть установлены как неподвижно (с помощью кронштейна), так и на поворотном устройстве. Постоянная температура в кожухе поддерживается с помощью автоматического подогрева.

Поворотные устройства предназначены для телекамер с дистанционным управлением. Они обеспечивают поворот в горизонтальной (до +/- 365 град.) и в вертикальной (до +/- 183 град) плоскостях, либо только в горизонтальной. Различают поворотные устройства с постоянной и с регулируемой угловой скоростью вращения. Как правило, вместе с поворотными устройствами поставляют пульты управления, с помощью которых можно управлять также трансфокаторами объективов.

Поворотное устройство видеокамеры предназначено для слежения за передвигающимися объектами и для увеличения угла обзора камеры. Функция механизма поворотного устройства - это перемещение установленной на нем видеокамеры как по вертикали, так и по горизонтали. Перемещение обеспечивает охват большей площади для просмотра на мониторе. Осуществляется с помощью встроенных микродвигателей.

Некоторые поворотные устройства включают в себя заранее запрограммированные установки направления поворота видеонаблюдения.

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

При выборе телевизионной камеры и места ее установки учитываются:

- категория значимости зоны;

- геометрические размеры зоны;

- необходимость идентификации наблюдаемого предмета (объекта);

- ориентация на местности;

- освещенность объекта наблюдения;

- расположение уязвимых мест (окон, дверей, люков и т.п.),

- условия эксплуатации;

- вид наблюдения (скрытое или открытое).

Геометрическими размерами зоны определяется угол зрения камеры. При охране входной двери, помещений, открытых площадок применяются широкоугольные камеры с углом зрения 60-90 град либо камеры с меньшими углами зрения, устанавливаемые на поворотных платформах.

При охране периметров используются камеры с малыми углами зрения.

На практике может оказаться, что камера с выбранным углом зрения не позволяет получить требуемую для идентификации детализацию даже при наличии повышенного разрешения, 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 дежурном режиме, когда в зоне нет нарушения, устанавливается малое фокусное расстояние объектива, камера имеет широкий угол зрения и под наблюдением находится вся зона. При возникновении тревожной ситуации (или просто по желанию оператора) фокусное расстояние объектива увеличивается, позволяя приближать интересующий предмет на столько, чтобы можно было его идентифицировать. Для правильного выбора вариообъектива необходимо определись границы изменения его фокусного расстояния.

Следующей важной для идентификации объекта характеристикой камеры является наличие «компенсации заднего света», которая позволяет получить качественное изображение, например, лица человека, стоящего спиной к источнику яркого света. Обычная камера в этом случае дает изображение только силуэта человека. Автоматика камер с компенсацией ориентирована не на среднюю освещенность, а на центральную область экрана (в камерах высокого класса размер и положение этой области программируются). Развитие этой идеи привело к понятию дифференциального усиления.

Этот метод позволяет получить одинаково хорошее изображение даже в резко отличающихся ярких и темных областях кадра (например, одинаково хорошо различить лицо человека на освещенном переднем плане и лица людей на неосвещенном заднем плане). В последние годы наряду с видеонаблюдением используется и аудионаблюдение, что позволяет идентифицировать человека по голосу. Многие современные камеры имеют встроенный микрофон или микрофон и динамик, чем обеспечивается организация симплексного или дуплексного канала аудиосвязи. Наличие аудиоканала, кроме того, позволяет прослушивать охраняемую зону. При организации совместного канала аудио- и видеонаблюдения необходимо использовать специальные кабели.

Важную роль в обеспечении работы камеры играет выбор места установки камеры на объекте. При этом нужно обратить внимание на следующее:

- необходимо исключить засветки объектива прямым или отраженным светом либо мощными источниками искусственного освещения;

- нужно ориентировать камеру таким образом, чтобы в поле зрения попадали все уязвимые места (окна, двери, люки и т.п.), а размеры непросматриваемой зоны не позволяли нарушителю проникнуть через нее.

Для того, чтобы избежать засветок, рекомендуется:

- не ориентировать камеру в сторону восхода - захода солнца;

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

- использовать корпус или кожух с защитным козырьком и фильтром;

- не направлять камеру на блестящие, хорошо отражающие свет предметы (зеркала, лужи и т.п.), окна и наружные двери.

Если не удается уменьшить размеры непросматриваемой зоны до такой степени, чтобы в ней не мот перемещаться человек, камеру следует устанавливать в таком месте, чтобы в эту зону не попадали уязвимые места - окна, двери и т.п. Кроме того, при размещении камеры нужно стремиться к тому, чтобы длина питающих и сигнальных кабелей была минимальной.

2. Линии передачи сигнала [21]. Для передачи телевизионного сигнала в ТСВВ могут использоваться как проводные каналы связи (коаксиальные кабели, телефонные линии, волоконно-оптические линии), так и беспроводные каналы - радиоканал или ИК-канал. Наиболее стабильная и качественная работа системы возможна только при использовании коаксиальных кабелей. Основными характеристиками кабеля являются его волновое сопротивление, диаметр и погонное затухание.

Как правило, входные и выходные сопротивления основных компонентов ТСВВ имеют значение 75 Ом, т.е. они рассчитаны на применение кабелей с волновым сопротивлением 75 Ом, поэтому для передачи видеосигнала кабели с волновым сопротивлением 50 Ом применять не следует. Максимальное расстояние от видеокамеры до приемника видеосигнала зависит от типа используемого кабеля: для РК-75-4 оно не превышает 200 м, для РК-75-7 - 500 м. Особое внимание следует уделять выбору телевизионных кабелей для внешнего использования (на улице, в неотапливаемых помещениях, в помещениях с агрессивной средой и т.п.).

Эти кабели должны работать в широком диапазоне температур (+/- 50^оС), быть устойчивыми к воздействию солнечного света, радиации, агрессивных сред (в том числе земли), иметь броневую оплетку для защиты от механических повреждений. Кроме этого, необходимо учесть, что разводка таких кабелей должна производиться в специально выпускаемых для наружного применения клеммных или распределительных коробках.

Удобным является применение специальных кабелей, в которых коаксиальный кабель совмещен с проводами питания, - тогда по одному кабелю передается питание, видеосигнал и синхроимпульсы.

При необходимости передачи сигнала на большое расстояние применяют видеоусилители и модемы (передатчики-модуляторы и приемники-демодуляторы). При этом видеосигнал с помощью специальной аппаратуры преобразуется, запоминается и передается с использованием модема.

Время передачи может составлять oт долей секунды до минуты, в зависимости от требований к качеству изображения - «картинки». В настоящее время наиболее широко применяется три системы передачи изображений по цифровым и обычным телефонным линиям:

- системы с компрессией изображения по принципу «условною обновления» (CR), предназначенные для передачи только информации об изменении изображения от кадра к кадру;

- системы с «MРEG-компрессией», в которых используются специальные алгоритмы компрессии изображений движущихся объектов;

- системы с «GPEG-компрессией», которые обеспечивают независимое сжатие кадра изображения.

В специальных ТСВВ, когда требуется повышенная помехозащищенность, конфиденциальность информации и высокая разрешающая способность, применяются волоконно-оптические линии связи. Дальность действия таких систем (как и при передаче по телефонным линиям) практически неограниченна.

Однако основным недостатком таких систем является то, что видеокамеры не имеют выхода для подключения оптоволоконного кабеля, поэтому в систему требуется вводить преобразователи электрического сигнала в оптический и обратно. Кроме этого, операции прокладки, сращивания и подключения оптоволоконных кабелей достаточно сложны.

При создании мобильных и переносных систем, а также, если прокладка кабельных линии невозможна или нецелесообразна, используется радио- или инфракрасный каналы связи. Дальность передачи при этом составляет от нескольких сотен метров до нескольких километров. В простейшем случае камера подключается к радиопередатчику дециметрового диапазона волн, а сигнал принимается на обычный телевизор с использованием обыкновенной телевизионной антенны.

Однако такие системы могут создавать помехи бытовому телевещанию, а нарушитель может или поставить помеху и подавить передаваемый сигнал или передавать ложные сигналы. Этих недостатков лишены радиосистемы, работающие в сантиметровом или инфракрасном диапазоне волн.

В последнем случае не требуется разрешения на применение системы от государственною комитета по радиочастотам.

Но и этим системам присущи недостатки: они работают только в зоне прямой видимости, а качество принимаемого сигнала зависит от оптических параметров среды (снег, дождь, туман, пыль и т.п.).

3. Видеорегистраторы [10]. Устройства записи на дисковый носитель - цифровые видеорегистраторы (DVR) позволяют записывать на жесткий диск и просматривать запись сигналов от одной или нескольких видеокамер. Одноканальные видеорегистраторы позволяют работать с одной камерой, четырехканальные - с четырьмя камерами, девяти и шестнадцати канальные с девятью и шестнадцатью соответственно. Обычно сигналы от всех камер по кабелям поступают на вход видеорегистратора, к выходу которого подсоединен монитор. В дежурном режиме оператор наблюдает на мониторе текущую обстановку. Для этого он может вывести на монитор изображения со всех камер одновременно (мультиэкранный режим - четыре или девять или шестнадцать маленьких изображений на одном экране). Также он может просматривать камеры последовательно, вызывая на полный экран изображение любой камеры вручную по выбору или автоматически по очереди. Устройства записи на жесткий диск по значительному числу параметров и назначению сходны с охранными видеомагнитофонами.

При этом имеют ряд основных преимуществ перед последними:

- в отличие от аналоговых видеомагнитофонов запись в устройствах записи на жесткий диск происходит в цифровом виде (причем часто используется съемный компьютерный жесткий диск для унификации устройства), что позволяет получить значительно более высокое качество и долговечность изображения;

- устройство записи на жесткий диск может быть подключено к компьютеру, и изображение, представленное в цифровом виде, может быть обработано для получения лучших характеристик или переслано по компьютерной сети;

- устройство записи на жесткий диск позволяет записывать значительно больше информации, чем охранный видеомагнитофон, причем длительность записи зависит от объема жесткого диска;

- любая запись может быть найдена на носителе устройства записи на жесткий диск практически мгновенно;

- возможности устройств записи на жесткий диск позволяют производить их интеграцию в интеллектуальные комплексные системы безопасности, в том числе с применением сложных компьютерных сетей и необходимостью передачи видеосигнала через Internet.

4. Электропитание. Основными напряжениями питания компонентов ТСВВ являются напряжение сети - переменное 220В с частотой 50 Гц и постоянное напряжение 12 В. Напряжением 220В питаются практически все мониторы, коммутаторы, квадраторы, мультиплексоры, видеомагнитофоны, видеопринтеры, поворотные устройства, термокожухи и некоторые типы камер.

Напряжением 12В питаются практически все камеры и некоторые устройства обработки видеосигнала (квадраторы, коммутаторы и т.п.) и поворотные устройства. В редких случаях питание компонентов ТСВВ осуществляется напряжением 24В постоянного и переменного тока и 9В постоянного тока.

Для питания отдельных компонентов ТСВВ на рынке телевизионной техники предлагается широкий выбор сетевых адаптеров (преобразователей напряжения): 220 /12В и 220 /9В.

Электропитание всей ТСВВ должно быль организовано таким образом, чтобы обеспечить работоспособность системы в автономном режиме (при пропадании напряжения в сети переменного тока 220В). С этой целью питание компонентов ТСВВ осуществляется от источников бесперебойного питания UPS или от специализированных источников питания, снабженных аккумуляторами. Для питания компонентов ТСВВ также используют инверторы - приборы, преобразующие постоянное напряжение 12В в переменное напряжение 220В 50 Гц. При построении ТСВВ ее компоненты следует выбирать таким образом, чтобы номенклатура питающих напряжений и потребляемая мощность были минимальными и соответствовали характеристикам источников питания. Организация питания телекамер в системах с беспроводными каналами связи является одной из проблем, так как из-за большого потребления тока (даже у современных камер оно составляет 200-400 мА) при питании от встроенных аккумуляторов приходится производить их частую замену.

5. Источник бесперебойного питания. Источники бесперебойного питания и источники резервного питания - важнейшие элементы охранно-защитного комплекса любого уровня и комплектации. Эти устройства обеспечивают исправную работу всей системы как в штатных ситуациях, так и в случае сбоев в основной сети электропитания, позволяют контролировать и нейтрализовывать перепады напряжения, защищая подключенные электроприборы от поломок и существенно повышая долговечность и надежность комплекса безопасности. Источники бесперебойного питания и источники резервного питания могут обеспечить работу охранной аппаратуры в условиях отсутствия напряжения в сети.

Источники бесперебойного питания или резервированные источники вторичного электропитания - устройства, обеспечивающие электропитание приборов, не имеющих собственного сетевого источника питания. Источники бесперебойного питания одновременно выполняют функции основных и резервных источников энергии, поэтому технически они более сложны, чем источники резервного питания: их конструкция включает мощный сетевой блок питания, зарядное устройство, аккумуляторные батареи и систему автоматического переключения с сетевого блока на аккумуляторы.

Существует также группа буферных источников бесперебойного питания, которые могут осуществлять как бесперебойное, так и резервное питание в зависимости от распределения тока между основным модулем и аккумулятором. Такие источники бесперебойного питания характеризуются достаточной гибкостью управления и позволяют более рационально распределить расходы на электроэнергию.

Самыми мощными являются источники бесперебойного питания, предназначенные для поддержки всего объекта. Мощность таких устройств составляет от 0,5 до 100 кВт - они обеспечивают подачу напряжения 220 В с частотой 50 Гц. Подобные источники бесперебойного питания еще называют мини-электростанциями - они могут работать на бензине, дизельном топливе, а также на альтернативных источниках энергии.

Существуют также источники бесперебойного питания и источники резервного питания, предназначенные для обслуживания одного или нескольких электроприборов. Такие системы обычно используются для обеспечения электроэнергией отдельного аппаратного комплекса или системы, состоящей из нескольких комплексов. Источники бесперебойного питания и источники резервного питания данной группы (их еще называют автономными) имеют небольшую мощность (не более 500 Вт), подают напряжение в 12 В, 24 В, 60 В, 220 В и оптимальны для обслуживания систем охранно-пожарной сигнализации.

При выборе источника бесперебойного питания следует обратить внимания на следующие основные параметры:

- величина выходного напряжения (как правило, 12 или 24 В).

- выходная мощность устройства - она может быть указана либо в вольт-амперах (VA) либо ваттах (W). Этот показатель важен для соотнесения возможностей устройства и количества приборов, которые оно будет обслуживать.

- время перехода источника бесперебойного питания или источника резервного питания на автономный модуль (аккумулятор) - эта характеристика указывается в миллисекундах (ms).

- длительность автономной работы - время, в течение которого источник бесперебойного питания или источник резервного питания может обеспечивать работу подключенных к нему приборов за счет аккумуляторных.

6. Видеомониторы [20]. Видеомониторы - это устройства, преобразующие видеосигналы в двухмерное изображение. Многие мониторы снабжены встроенными устройствами для приема сигналов от нескольких телекамер - видеокоммутаторами. Монитор для системы видеонаблюдения отличается от обычного телевизора более четким изображением и высокой разрешающей способностью. Люминофор, используемый в таких мониторах, имеет повышенную стойкость к выгоранию, т. к. изображение может много часов оставаться неподвижным.

К мониторам предъявляются повышенные требования по надежности при круглосуточной работе, частом переключении кадров, достаточно значительным перепадам яркости, и др., поэтому замена их обычными приемниками телевизионного изображения недопустима.

Профессиональные типы мониторов отличаются от простых стандартных мониторов по следующим параметрам:

- потребляемое напряжение, частота сети. Стандартные мониторы из соображений стоимости в большинстве случаев оборудованы только простыми источниками питания на 230В /50 Гц, профессиональные мониторы имеют переключаемые вручную или автоматически источники питания, которые могут работать при напряжении в сети питания от 110 до 240 В и частотой от 45 до 60 Гц.

- разрешение. На базе дорогостоящей коммутационной техники профессиональные мониторы предоставляют значительно более высокое разрешение, такое, что безукоризненно воспроизводятся самые тонкие детали, которые могут быть сняты высококачественной ПЗС-камерой.