2.5. Цифровое и аналоговое видеонаблюдение: описание устройств для видеонаблюдения

Системы видеонаблюдения (английская аббревиатура CCTV - Closed Circuit Television - Системы замкнутого телевидения) - предназначены для организации видеонаблюдения на отве­тственных объектах.

За последние годы видеонаблюдение стало неотъемлемой функцией комплексной системы безопасности объекта, поскольку современное оборудование видеонаблюдения позволяют не только наблюдать и записывать видео, но и программировать реакцию всей системы безопаснос­ти при возникновении тревожных событий.

В зависимости от типа используемого оборудования системы видеонаблюдения делят на аналоговые и цифровые. Аналоговые системы используют там, где необходимо организовать ви­деонаблюдение в небольшом числе помещений и информацию с видеокамер записывать на ви­деомагнитофон. Для обеспечения безопасности особо ответственных или территориально-расп- ределенных объектов для видеонаблюдения используют цифровые системы видеонаблюдения, которые, как правило, интегрируются в комплексные системы безопасности. Такие комплексы фиксируют, записывают и анализируют информацию, поступающую от видеокамер, считывате­лей системы контроля доступа, охранных и пожарных датчиков, а также "принимают решения" по защите охраняемого объекта в автономном режиме или по указанию оператора системы.

Цифровая система видеонаблюдения применяется в системах безопасности территориаль- но-распределенных объектов, а также в комплексах управления безопасностью глобальных ком­паний. Сегодня цифровые технологии видеонаблюдения постепенно "теснят" аналоговые систе­мы по функциональным и техническим характеристикам, а по своей цене уже приближаются к стоимости аналоговых систем видеонаблюдения.

Функции, характеристики и комплектация систем для видеонаблюдения зависят от требова­ний, предъявляемых заказчиком к безопасности объекта. Как правило, минимальная конфигу­рация такой системы включает в себя: видеокамеры, устройства обработки видеосигналов (квад­раторы, мультиплексоры и др.), записывающее устройства (видеомагнитофоны, видеорегистра­торы, видео рекордеры) и устройства отображения видеоинформации (видеомониторы). В более крупные системы видеонаблюдения устанавливают дополнительные управляющие и вспомога­тельные устройства - матричные коммутаторы, клавиатуры управления видеокамерами, видеоп­ринтеры, усилители-распределители, модуляторы, телеметрические приемники и передатчики и другие охранные устройства.

2.5.1. Камеры видеонаблюдения

Первые телекамеры (в 30-х годах) изготавливались на основе стеклянных трубок с покрыти­ем из светочувствительного люминофора на внутренней поверхности стекла. Их называют пере­дающими трубками, и работали они по принципу, основанному на фотоэффекте. При появлении охранного телевидения существовало два типа трубок: видиконы и ньювиконы. Работа всех пе­редающих трубок основана на принципе сканирования электронным лучом покрытия внутри трубки под действием электромагнитного поля. Телекамеры 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 телекамеры;

• 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 телека­мерах, построенных на основе трубок. В результате разрешение телекамер, построенных на базе ПЗС-матриц, оставалось очень низким. В 70-е годы, 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.

В современных условиях ПЗС-матрицы производятся несколькими компаниями, которые являются лидерами и специализируются на выпуске микросхем для телевизионных камер. Таких компаний, имеющих собственное производство и исследовательские лаборатории, достаточно мало - Panasonic, Samsung, Sony, Sharp и некоторые другие. Как правило, телекамеры построены на базе матриц, произведенных этими 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 телекамеры.

Дополнительное ухудшение качества изображения вносят объективы, применяемые в соста­ве телекамеры. В охранном телевидении используются объективы с фиксированным и перемен­ным фокусным расстоянием (вариообъективы). Подробное описание факторов, от которых за­висит качество оптики - слишком обширный вопрос, и его полное освещение выходит за рамки этой статьи. В данной связи достаточно подчеркнуть, что качество объективов зависит от таких факторов, как тип стекла, механические компоненты, конструкция, технология изготовления.

Все выпускаемые объективы 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 подгруп- пе управление диафрагмой осуществляется видеосигналом - VD (video drive), а во второй подг­руппе автодиафрагма управляется сигналом постоянного тока - DD (direct drive).

Разница между двумя подгруппами заключается в том, что в объективах, относящихся ко второй подгруппе, полупроводниковые элементы усилителя управления диафрагмой расположе­ны на плате телекамеры. Эта особенность построения схемы управления диафрагмой наклады­вает определенные требования к совместимости применяемых объективов и телекамер, произве­денных 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 телекамеры, можно выбрать объектив с любым управлением диафрагмы. С практической точки зрения имеет смысл отдавать предпоч­тение известным производителям оборудования подобного типа (в зависимости от задачи) - Panasonic, Ernitec, Computar, Canon, Avenir или Tokina.

К блоку питания телекамеры не предъявляется особых требований, но при неграмотном вы­боре он может повлиять на выходные параметры телекамеры. Для ее питания используют в основ­ном стандартный (трансформаторный) блок питания(соответствующий потребляемой мощности телекамеры) с входным напряжением 220 (24) В / 50 Гц и выходным стабилизированным напря­жением 9 В или 12 В (с пульсациями порядка 10 мВ). Этот блок питания в зависимости от модели телекамеры может быть выносным или встроенным в корпус телекамеры. Встроенный блок, ко­нечно, лучший вариант с точки зрения питания, т.к. изготовлен и проверен на предприятии, где производилась окончательная сборка. Но такие телекамеры не всегда удобны для использования в случаях, когда речь идет о применении другого питающего напряжения или при решении дизай­нерских задач (отсутствие видимости кабельных линий связи, скрытность установленной телека­меры, отсутствие удачного места для монтажа и т.п.). Тогда применяются выносные блоки пита­ния с элементами стабилизации выходного напряжения. Это очень важный нюанс, о котором многие забывают, потому как отсутствие стабилизации напряжения питания с малым уровнем пульсаций (переменной составляющей выходного напряжения с частотой 50 Гц) очень часто яв­ляется причиной наличия помех в видеосигнале или нестабильной работы телекамеры.

Напомню еще раз, что телекамеры можно условно разделить по дизайну на несколько типов - прямоугольные, цилиндрические и сферические. Прямоугольные камеры поставляются без объектива, а в сферических и цилиндрических уже имеется встроенный объектив с фиксирован­ной или автоматической диафрагмой, что является законченным решением и упрощает работу пользователя.

Аналоговые камеры видеонаблюдения

В большинстве случаев выбор типа камеры наблюдения определяется, требованиями, кото­рые предъявляются к системе видеонаблюдения. В то же время, чаще всего в CCTV применяют­ся черно-белые камеры, имеющие, как правило, высокую чувствительность и разрешение. Цвет­ные камеры наблюдения используют в системах CCTV объектов, для которых наблюдение в цве­те является одним из главных требований. Они имеют более низкое по сравнению с черно-белы­ми камерами разрешение и чувствительность, но позволяют лучше идентифицировать объект наблюдения. Для повышения чувствительности цветные камеры наблюдения ряда производите­лей автоматически переходят в черно-белый режим при уменьшении освещенности. Если вам необходимо, чтобы камера не привлекала внимания людей, можете использовать черно-белые или цветные миниатюрные камеры.

В настоящее время в системы видеонаблюдения устанавливают, как правило, аналоговые ка­меры видеонаблюдения, которые отличаются простотой конструкции и невысокой ценой. Эти видеокамеры представляют собой оптические устройства, ПЗС-матрицы которых формируют видеосигнал из светового потока, проходящего через объектив и группу линз и попадающего на эту матрицу. Также производятся камеры видеонаблюдения, которые имеют встроенный блок преобразования аналогового видеосигнала в цифровой. Такие видеокамеры уже можно подклю­чать в цифровые системы видеонаблюдения.

Видеокамеры в зависимости от задач, выполняемых в системе видеонаблюдения, делятся на группы:

• Бескорпусные камеры - имеют, как правило, размеры со спичечный коробок, поставляют­ся производителем без корпуса и могут монтироваться в любые предметы интерьера помещения, стоящего под охраной системы видеонаблюдения.

• Миниатюрные видеокамеры имеют небольшие размеры, собственный корпус и могут ус­танавливаться как на кронштейны, так и на поворотные устройства.

• Скрытые видеокамеры отличаются самыми малыми габаритами и используются для веде­ния скрытого видеонаблюдения.

• Скоростные купольные видеокамеры оснащены, как правило, скоростным поворотным устройством, благодаря которому видеокамеры могут вращаться со скоростью до 400 град/с в го­ризонтальной плоскости и поворачиваться в вертикальной плоскости до 160 градусов. Эти виде­окамеры крепятся, как правило, на потолке и устанавливаются в системы видеонаблюдения бан­ков, казино, супермаркетов и других объектов.

• Черно-белые видеокамеры представляют наиболее популярный класс камер видеонаблю­дения, поскольку они имеют невысокую цену и, как правило, составляют основу системы виде­онаблюдения. В зависимости от назначения, черно-белые видеокамеры делятся на модели для работы внутри помещения и вне помещения.

• Цветные видеокамеры используют в системе видеонаблюдения, когда необходимо переда­вать на видеомонитор и записывать на видеомагнитофон системы видеонаблюдения изображе­ние в цвете.

Цифровые видеокамеры

Эти видеокамеры имеют блок цифровой обработки сигнала, встроенный веб-браузер и фор­мируют более качественное изображение, которое можно передавать в виде цифрового сигнала по LAN/WAN сетям системы видеонаблюдения. Цифровые видеокамеры применяют на наибо­лее ответственных участках системы видеонаблюдения. Как правило, цифровые камеры имеют аналоговый и цифровой выходы

Составные части телекамеры:

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

• объектив с креплением С, СS, Ml2;

• блок питания телекамеры (встроенный или внешний);

• корпус (прямоугольной или купольной формы);

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

Рекомендации выбора камер в зависимости от условий эксплуатации

Освещение

Хорошее освещение - одно из важных условий для получения качественного видеосигнала, особенно в цветном приложении. Источники света могут иметь естественное и искусственное происхождение. Солнце является основным естественным источником света. Цветовая темпера­тура света, отраженного от поверхности Земли, меняется от 6000 К до 20000 К в зависимости от времени суток из-за отражения и преломления света при прохождении через атмосферу. При низкой цветовой температуре изображение может приобретать красный оттенок, а при высокой - синий. Искусственные источники света - нагретая металлическая нить или свечение газа - да­ют разную цветовую температуру в зависимости от источника. Для правильного выбора источ­ника искусственного освещения необходимо знать спектральную энергию источников света, че­ловеческого глаза и ПЗС-матрицы. Подробное описание в рамках этой статьи приводить не име­ет смысла, но общие рекомендации, безусловно, обязательны.

Нить накаливания из вольфрама около 3/4 энергии излучает в инфракрасной области в виде теплового излучения. Такие искусственные источники света и ИК-прожекторы подходят для совместной работы с телекамерами, которые имеют повышенную чувствительность в инфрак­расной области в черно-белом режиме. Для получения естественной цветопередачи цветных те­лекамер желательно получать освещение от флуоресцентной или галогенной лампы. Но это ус­ловие необходимо выполнять только при отсутствии условий с естественным освещением. В ночных условиях большинство цветных телекамер переходят в черно-белый режим, для которо­го выбор освещения был описан выше. При правильном проектировании мест расположения те­лекамер источник света не должен попадать в объектив. Для этого телекамеры желательно уста­навливать как можно выше от земли и направлять в туже сторону, что и источник светового по­тока, но никак не навстречу. Хотя такие ситуации бывают нередко, особенно в дневное время и при сложной конфигурации периметра. В этом случае принимают определенные меры:

• не ставят серьезных задач обнаружения или идентификации;

• используется дублирующая телекамера, которую ставят навстречу основной;

• устанавливают на телекамеру защитную бленду.

Все эти меры можно применять по отдельности или совместно.

Температура

Для надежной эксплуатации телекамер на улице необходимо правильно подобрать защит­ный термокожух, которых сейчас на рынке CCTV представлено великое множество. Большин­ство термокожухов отличаются друг от друга дизайном и автоматической системой подогрева, мощность которой колеблется от 10 до 40 Вт и при этом обеспечивает успешную эксплуатацию в диапазоне температур окружающей среды от -35°С до +50°С. Для эксплуатации телекамер в местах, где нижняя граница температуры опускается до -70°С применяют стационарные и уп­равляемые телекамеры (кожухи), система подогрева которых адаптирована для работы в таких условиях, прошедшие проверку временем при эксплуатации на объектах с экстремальными климатическими условиями (сильный ветер, понижающий реальную температуру окружающей среды пропорционально 1 м/с на ГС и другие дестабилизирующие факторы). Для эксплуатации телекамер внутри помещений температурный диапазон практически не имеет значения, так как он редко выходит за пределы диапазона +5...+40°С и обычно колеблется около +20°С во все времена года.

Дестабилизирующие факторы

Их условно делят на два типа - естественные источники (мощные грозовые разряды, повы­шенная запыленность, влажность, содержание в воздухе солей и т.п.) и условия техногенного ха­рактера (заполнение эфира радиоизлучениями от передающих станций, радиация, химическое производство, взрывоопасные территории и т.п.). Для защиты телекамеры и транслируемого ви­деосигнала от такого рода воздействий используют витую пару и оптоволокно, устройства грозо­защиты, а также специально изготовленные корпуса из нержавеющей стали с соответствующим классом защиты. Телекамеры, предназначенные для работы в условиях радиации высокого уров­ня, долго не служат, так как самым слабым местом в них является ПЗС-матрица. Эти камеры слу­жат от нескольких месяцев до 1,5 лет (в зависимости от активности зоны излучения) и подлежат полной замене по окончании периода эксплуатации.

Рекомендации выбора камер в зависимости от особенностей объекта охраны

Для выбора телекамеры и формирования технического задания вам необходимо учитывать:

1. Какой участок охраняемой территории необходимо наблюдать. Это может быть строение, контрольно-следовая полоса, крыша или фасад здания, коридор, холл, кабинет, склад и т.д. Для наблюдения узких и длинных участков (контрольно-следовая полоса, коридор, фасад здания) потребуется объектив с АРД и углом обзора от 15° до 30°. Объектив с ручной/фиксированной ди­афрагмой не позволит получить необходимую глубину резкости. Для наблюдения за обширной территорией (крыша, холл, кабинет, склад и т.д.) необходимо установить объектив (можно и с фиксированной диафрагмой) с углом обзора от 60° до 90°. При углах обзора более 90° на изобра­жении появляются сильные геометрические бочкообразные искажения.

2. Особенности территории наблюдения, такие, как большая площадь, ограниченные воз­можности прокладки телекоммуникационных линий, сложность рельефа, удаленность от цент­рального пункта наблюдения и т.п.

3. На каком расстоянии от центра мониторинга необходимо установить телекамеру. Это оп­ределяет способ передачи видеосигнала и качество полученного изображения.

4. Поставленные задачи:

наблюдение обстановки с минимальной длиной "мертвой" зоны;

общий контроль территории;