Режим |
Решаемая задача |
5видеозащита, то есть видеонаблюдение и видеоохрана с видеозаписью и приоритетным выбором (выделением) телекамер, из зон действия которых приходит сигнал тревоги от средств сигнализации, устройств контроля доступа или других приборов, входящих в интегрированную систему охраны
Спомощью СВН на объекте могут создаваться зоны следующих типов:
видеонаблюдения - осуществления слежения с применением телекамер;
видеоохраны – с передачей сигнала тревоги при изменении ситуации;
видеозащиты – зоны оборудованные интегрированными системами охраны (включая СВН и средства сигнализации), в которых видеонаблюдение производится по сигналам тревоги.
4.2.Основные компоненты системы видеонаблюдения
Всостав систем видеонаблюдения могут входить следующие виды оборудования:
устройства формирования видеоизображения: телекамеры, объективы;
устройства отображения: мониторы, телевизоры, компьютеры;
устройства управления режимом отображения: коммутаторы последовательные (свитчеры), квадраторы, мультиплексоры, коммутаторы матричные, видеоменеджеры;
устройства регистрации видеоизображения: видеопринтер, специализированные видеомагнитофон, устройства записи на магнитные, или лазерные компакт-диски;
каналы передачи видеоизображения: кабельный, волоконнооптическая линия, телефонная линия, специальная линия, радиоканал, инфракрасный узконаправленный канал, лазерный канал;
дистанционные устройства управления: параметрами объектива, положением телекамеры в пространстве, приема/передачи телеметрической информации;
устройства анализа видеосигнала: регистрации потери видеосигнала, детекторы движения;
установочные и защитные элементы: кронштейны, поворотные устройства, защитные корпуса, обогреватели, стеклоочистители, омыватели;
вспомогательное оборудование: устройства подсветки (инфракрасной и др.), светофильтры, источники бесперебойного питания.
4.3.Устройства формирования видеоизображения
4.3.1.Телекамеры
Телекамеры предназначены для формирования и передачи изображения к приемным блокам посредством каналов передачи видеоизображения. Телекамеры классифицируют:
по виду получаемого изображения (черно-белого и цветного изображений);
по чувствительности (подразделяют на 5 классов);
по разрешающей способности (обычного, повышенного и высокого разрешения);
по формату ПЗС-матрицы (1", 2/3", 1/2", 1/3", 1/4");
по виду защиты от условий окружающей среды (различают 4 класса).
Камеры могут быть, как модульные (без корпуса, выполненные на монтажной плате), так и корпусные (собранные в корпус и требующие установки объектива).
Во всех современных телевизионных камерах преобразование оптического изображения в электрический телевизионный сигнал осуществляется с помощью фоточувствительных приборов с зарядовой связью (ПЗСматриц).
Принцип работы ПЗС-матрицы
Основой ПЗС-матрицы являются МОП3-конденсаторы, выполненные на подложке из монокристаллического полупроводникового материала (чаще всего кремния с проводимостью n-типа). Поверхность подложки покрывается тонким слоем окисла, выполняющего функции изолятора, на который наносятся металлические электроды. Если МОП-конденсаторы расположить последовательно на небольшом расстоянии друг от друга, то они образуют прибор с зарядовой связью, который может не только накапливать, но и транспортировать электрические заряды (см. Рис. 23).
При подаче на электроды отрицательного относительно подложки напряжения U0, все основные носители (электроны) диффундируют в глубь подложки, и на ее поверхности образуется обедненный слой. Если подать на какой-либо из электродов еще более отрицательное напряжение U1, то можно увеличить под ним толщину обедненного слоя, создав потенциальную яму для не основных носителей – дырок. Такую потенциальную яму можно
3 МОП – структура типа – "металл-окисел-полупроводник".
47
использовать для накопления и временного хранения. В ПЗС-матрицах источником дырок является оптическое |
|||||||||||||||
излучение. При этом количество накопленных в потенциальной яме дырок пропорционально экспозиции (произ- |
|||||||||||||||
ведению освещенности на время экспозиции). Уникальной особенностью ПЗС приборов является то, что поло- |
|||||||||||||||
жение потенциальных ям, используемых для накопления зарядов, геометрически строго определено и соответст- |
|||||||||||||||
вует положению электродов, на которые подано смещение U1. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Металлические |
U0 |
U0 |
U0 |
U1 |
U0 |
U0 |
U1 |
U2 |
|
U0 |
U0 |
U1 |
U0 |
||
электроды |
|
||||||||||||||
Изолирующий |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
слой (окисел) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Обедненный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
слой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Подложка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Рис. |
23. Прибор с зарядовой связью |
|
|
|
|
||||
Для перемещения образовавшегося под электродом с потенциалом U1 заряда на соседний электрод подают |
|||||||||||||||
еще более низкое напряжение U2, при этом под электродом образуется еще более глубокая потенциальная яма. |
|||||||||||||||
Если расстояние между электродами невелико, то дырки перетекут из ямы под первым электродом под второй. |
|||||||||||||||
После этого напряжение на первом электроде может быть повышено до U0, а на втором – до U1. Дальнейшее пе- |
|||||||||||||||
ремещение заряда может осуществляться аналогичным путем. Для этого надо подать напряжение U2 на третий |
|||||||||||||||
электрод и т.д. |
|
|
|
|
|
|
Таким образом, последовательно комму- |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тируя напряжение смещения на электродах, |
||||||
Секции накопления заряда |
|
ПЗС-линейки-столбцы |
|
можно осуществлять упорядоченное перемеще- |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ние зарядовых пакетов от места их формирова- |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ния к выходной ячейке. На выходе ПЗС прибора |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
размещается считывающее устройство и усили- |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тель. |
|
23 демонстрирует принцип работы |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПЗС-линейки. Простейшая ПЗС-матрица с по- |
||||||
|
|
|
|
|
|
Выходной |
|
строчным переносом заряда организуется из |
|||||||
|
|
|
|
|
|
усилитель |
|
фоточувствительных ПЗС-линеек-столбцов, вы- |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ходы которых подключены к транспортной |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПЗС-линейке-строке (см. Рис. 24). |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Секции |
накопления |
предназначены для |
||||
|
|
Транспортная ПЗС-линейка |
|
|
|
формирования под действием света зарядовых |
|||||||||
|
|
|
|
|
пакетов. После завершения процесса накопле- |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ния зарядовые пакеты переносятся в ПЗС- |
||||||
Рис. |
24. ПЗС-матрица с построчным переносом зарядов |
линейки-столбцы, которые осуществляют их |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вертикальную транспортировку. На каждом так- |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
те вертикальной развертки зарядовые пакеты в |
||||||
столбцах смещаются на одну позицию вниз. При этом последние пакеты передаются в транспортную ПЗС- |
|||||||||||||||
линейку, которая осуществляет горизонтальное сканирование. Горизонтальная транспортировка осуществляется |
|||||||||||||||
соответствующей коммутацией напряжений на ячейках транспортной линейки. После того, как все зарядовые |
|||||||||||||||
пакеты из горизонтальной линейки будут переданы на выходной усилитель, зарядовые пакеты в ПЗС-линейках- |
|||||||||||||||
столбцах опускаются еще на одну позицию и т.д. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Одним из наиболее важных параметров ПЗС-матриц является их чувствительность. Для ее повышения не- |
|||||||||||||||
обходимо максимально эффективно использовать падающий на матрицу световой поток. С этой целью подав- |
|||||||||||||||
ляющее большинство производителей ПЗС-матриц использует технологию фирмы «SONY» Hyper HAD (Hole |
|||||||||||||||
Accumulated Diode – диод с накоплением «дырок»). Суть разработки заключается в использовании микролинз |
|||||||||||||||
OCL (On chip lens – объективы на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
кристалле |
ИС) над |
каждым |
свето- |
|
Обычная |
|
Hyper HAD |
|
Exwave HAD |
|
|||||
чувствительным элементом матрицы |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
(см. Рис. |
25б). В результате этого |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
более эффективно используется па- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
дающее на матрицу излучение, что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
приводит к существенному увеличе- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
нию чувствительности. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Дальнейшее |
совершенствова- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ние Hyper HAD происходило в сто- |
|
а. |
|
|
|
б. |
|
|
в. |
|
|||||
рону |
увеличения |
эффективности |
Рис. 25. ПЗС-матрицы, выполненные по разным технологиям |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
48
OCL и привела к созданию Exwave HAD технологии (см. Рис. 25в.), которая уже находит применение в новых разработках.
Основные характеристики телекамер:
формат ПЗС-матрицы характеризует ее размер и необходим для правильного выбора объектива к конкретной телекамере. Форматы ПЗС-матрицы обозначают в дюймах (1 дюйм ["] ≈ 2,5 см). Выпускают камеры с различными форматами ПЗС-матриц: 1", 2/3", 1/2", 1/3", 1/4". Матрицы больших форматов (1" и 2/3") практически перестали использоваться, т.к. камеры на их основе получаются громоздкими и дорогими;
разрешение телекамеры характеризует ее способность различать мелкие детали объекта, например, номера автомашин. Разрешение измеряется в телевизионных линиях (ТВЛ). Чем большее указано число ТВЛ, тем более мелкие детали различает телекамера. Телекамеры подразделяют по разрешению на:
обычного разрешения (черно-белые – до 380 ТВЛ, цветные – до 330 ТВЛ);
повышенного разрешения (черно-белые – 380…560 ТВЛ, цветные – 330…460 ТВЛ);
высокого разрешения (черно-белые – свыше 560 ТВЛ, цветные – свыше 460 ТВЛ).
Как видно из классификации, цветные камеры имеют обычно более низкое разрешение, чем чернобелые;
чувствительность телекамеры, под которой понимают минимальную освещенность объекта, достаточную для различения перехода от белого к черному. Как правило, чувствительность цветных камер значительно меньше черно-белых. Чувствительность камер (измеряется в люксах) указывается относительно светосилы (F) объектива. Цветные камеры имеют чувствительность, порядка, 0,5 – 7 лк, черно-белые, порядка, 0,5 – 0,003. В настоящее время отдельные производители, такие как «Watec» приступили к выпуску камер с чувствительностью 0,0003 лк, что позволяет вести ночные наблюдения без ИК подсветки.
ВТабл. 5 приведены ориентировочные освещенности объектов, с которыми приходится сталкиваться на практике.
Табл. 5. Ориентировочные освещенности объектов
Характеристика объекта |
Освещенность, |
|
люкс |
||
|
||
На улице (широта Минска) |
|
|
безоблачный солнечный день (угол солнца 55') |
100000 |
|
солнечный день с легкими облаками |
70000 |
|
пасмурный день |
20000 |
|
раннее утро |
500 |
|
сумерки |
4 |
|
ясная ночь, полная луна |
0,2 |
|
ясная ночь, неполная луна |
0,02 |
|
ночь, луна в облаках |
0,007 |
|
ясная, безлунная ночь |
0,001 |
|
безлунная ночь с легкими облаками |
0,0007 |
|
темная, облачная ночь |
0,00005 |
|
В помещении |
|
|
хорошо освещенные помещения, офисы |
200-1000 |
|
помещение без окон |
100-200 |
Для обеспечения работы в различных условиях выпускаются телекамеры 5 классов:
I – предназначенные для работы при дневном освещении (до заката, примерно 50 лк);
II – предназначенные для работы при низком освещении (от заката до сумерек, примерно
4 лк);
III – предназначенные для работы при лунном свете (0,1…0,4 лк);
IV – предназначенные для работы при свете звезд (0,0007…0,002 лк);
V – инфракрасные телевизионные камеры, применяемые совместно с ИК источником подсветки при полном отсутствии видимого освещения.
отношение сигнал/шум. Этот параметр характеризует способность камеры выделить полезный сигнал на фоне внутренних шумов. Измеряют этот параметр для конкретной камеры как отношение мощности полезного сигнала к мощности шумов в логарифмическом масштабе и поэтому обозначают в децибелах. Чем больше число отношения сигнал к шуму, тем лучше камера выделяет сигнал на фоне шума. Обычно это число более 40 дБ;
способ синхронизации видеосигнала. Основными видами синхронизации являются внешняя и внутренняя. При внутренней синхронизации каждая телекамера осуществляет самостоятельную синхронизацию сигнала;
49