Введение

Желание жить вне опасности следует в общепринятой иерархической системе потребностей, предложенной Маслоу, сразу после физиологических нужд. Это понятие не ограничивается личной безопасностью, также важна стабильность и сохранность материальных ценностей. Для обеспечения безопасности имущества от преступных посягательств используется три класса средств: средства обнаружения, физические барьеры и силы охраны.

Среди современных средств обнаружения видеонаблюдение в отличие от извещателей и радиолокации имеет ряд преимуществ. Основными из них являются возможность более полно оценить обстановку, отсутствие ложной тревоги и способность выявлять и более того регистрировать преступные посягательства при наличии постоянной санкционированной активности в зоне наблюдения.

Видеонаблюдение (англ. Сlosed Circuit Television, CCTV- система телевидения замкнутого контура)- процесс, осуществляемый с применением оптико-электронных устройств, предназначенных для визуального контроля или автоматического анализа изображений (автоматическое распознавание лиц, государственных номеров).

Целью данного дипломного проекта является модернизация уже существующей системы видеонаблюдения в Уральском Научно – Исследовательском Институте Геофизики. Существующая система имеет ряд недостатков, и в ходе проектирования предусматривается их анализ и разработка комплекса мероприятий по их ликвидации.

1 Обоснование необходимости проекта

Целью установки системы видеонаблюдения, является необходимость слежения за ситуацией в коридорах и функционального контроля проходного пункта.

Существующая система видеонаблюдения основана на базе аналогового оборудования, которая монтировалась в 2006 году, устарела и не позволяет надлежащим образом следить за ситуацией.

На основании требований заказчика, обновить систему видеонаблюдения, мы выбираем IP- видеонаблюдение так как она обладает рядом преимуществ.

Системы видеонаблюдения бывают разных типов и строятся на базе различного оборудования.

IP-видеонаблюдение. В отличие от обычных систем видеонаблюдения (в которых используются аналоговые камеры) – это система, построенная на видеосерверах и сетевых видеокамерах, которые способны не только фиксировать видеоизображение, но и посылать его на любые расстояния по сети интернет, а также по локальным сетям или беспроводным сетям Wi-Fi. Зафиксированное видеокамерой изображение можно просмотреть на любом устройстве (ПК, КПК, мобильный), имеющем доступ в интернет.

Системы IP-видеонаблюдения обладают таким ценным качеством, как маршрутизация данных по сетям локального и регионального назначения, и посредством сети интернет. Эта особенность выводит системы видеонаблюдения на более качественный уровень, функционирование систем IP-видеонаблюдения приспособлено к реализации задач различного характера в гибком режиме работы. Цифровые системы IP-видеонаблюдения значительно упростили и ускорили работу по ведению видеонаблюдения и архивирования видеоданных.

С ростом мощности используемого в системах оборудования и объема передаваемой информации пользователям открываются новые возможности. Сегодня огромной популярностью пользуются интеллектуальные возможности систем IP-видеонаблюдения. Эти возможности позволяют применять человеческий фактор в работе системы в минимальном объеме, что сказывается на автоматизации и точности процессов. Автоматическая обработка и анализ захваченного изображения в потоке видеоданных, автоматическое распознавание изображения по обширным параметрам встроенных настроек, принятие решения об отправке тревожного сигнала – далеко не полный список возможностей интеллектуальных систем IP-видеонаблюдения.

В современных моделях IP-видеокамер также предусмотрено наличие функций, позволяющих этим устройствам в автоматическом режиме принимать определенные решения о действиях в штатных ситуациях. Например, в подобных видеокамерах встроена функция распознавания номеров автомобилей, проезжающих в зоне действия камеры, также имеется возможность распознавания лиц пешеходов. При ограниченности полосы пропускания IP-видеонаблюдения необходимое повышение разрешительной способности производится при поступлении запросов, также сохраняется возможность выполнения максимального количества полезных функций одновременно. Технологически IP-видеонаблюдение превосходит остальные системы видеонаблюдения.

IP-видеонаблюдение имеет высокое разрешение, что обусловлено появившимся цифровым форматом изображения, который сегодня повсеместно завоевал позиции. Применение цифрового формата позволило решать многофункциональные задачи в гибком режиме. С приходом IP-видеонаблюдения функциональность систем видеонаблюдения заметно возросла, не решаемые задачи стали доступными и выполнимыми в автоматическом режиме. Оборудование IP-видеонаблюдения при помощи цифровых технологий и программного обеспечения приобрело интеллектуальные возможности, которые позволили сделать огромный скачок в развитии технологий систем видеонаблюдения. Сегодня каждая конкретная задача IP-видеонаблюдения решаема при помощи конкретного соответствующего цифрового решения. Требования, предъявляемые к камерам IP-видеонаблюдения, возросли и при помощи применяемых цифровых технологий удовлетворяются в полном объеме. Современные IP-видеокамеры имеют такие возможности, как подбор необходимой степени четкости изображения, возможность настроить формат и разрешение изображения, и кадровую скорость. Цифровые камеры IP-видеонаблюдения дают возможность производить необходимые операции с изображением, такие как детализация, изменение размера, формата изображения по завершению записи. Предусмотрены также такие полезные функции, как зуммирование и панорамирование, просмотр видеоизображения в многооконном режиме.

Возможности современного IP-видеонаблюдения используются не только в системах безопасности. Сегодня IP-видеонаблюдение стоит на службе бытовых потребностей рядовых граждан. Например, ставшая незаменимой для пользователей интернет веб-камера, не обходится без применения современных возможностей IP-видеонаблюдения. Для качественного функционирования такой камеры необходимо проведение сложной предварительной настройки, которые обеспечиваются в сжатые сроки с получением высококачественных результатов при помощи возможностей IP-видеонаблюдения. Неограниченные возможности современных технологий в области IP-видеонаблюдения позволяют осуществление любых манипуляций с видеоизображением, которые ограничиваются лишь границами воображения пользователя.

Полезные свойства и возможности IP-видеонаблюдения с каждым днем расширяют границы своего применения. Сегодня при помощи камер IP-видеонаблюдения реально производить отслеживание ситуации на дорогах, избегая автомобильных пробок, чтобы беспрепятственно добраться до работы на личном автотранспорте. Во время вашего отсутствия в доме, вы можете не беспокоиться о безопасности дома, если он находится под наблюдением камер IP-видеонаблюдения. На сегодняшний день такие возможности вполне доступны и ценовой диапазон позволяет приобрести подобное оборудование широкому кругу пользователей.

Применение технологий IP-видеонаблюдения в современных видеоинтеллектуальных системах позволяет интенсивно развиваться подобным системам, с помощью которых сегодня решается ряд практических задач во многих сферах жизнедеятельности человека. Интеллектуальные способности систем IP-видеонаблюдения дают возможность производить оперативное реагирование при внештатных ситуациях и своевременно их устранять. Современные камеры IP-видеонаблюдения позволяют обрабатывать видеопоток объемом в тысячи терабайт. IP-видеонаблюдение, с его современными технологиями позволяет фильтровать поток видеоданных по заданным параметрам, что весьма полезно при ведении видеонаблюдения в местах скопления людей, при котором накапливается большое количество ненужной информации, архивирование и хранение которой нецелесообразны. Современной камере IP-видеонаблюдения можно доверить исполнение важных задач и принятие решений в различных ситуациях, человеку остается только контролировать работу оборудования систем IP-видеонаблюдения.

2 Анализ действующей системы видеонаблюдения института геофизики.

2.1 Видеоригистратор.

Система охранного телевидения института основана на базе двух видеорегистраторов Cornet СE-916-AR, они представлены на рисунках 1.1, 1.2.

Рисунок 1.1 – внешний вид видеорегистратора Cornet СE-916-AR, задняя

панель

Рисунок 1.2 – внешний вид видеорегистратора Cornet СE-916-AR, передняя

панель

Особенности видеорегистратора Cornet СE-916-AR:

-алгоритм сжатия MJPEG;

-шестнадцать видеовходов / четыре аудиовхода;

-отображение – 25 к/с на канал

-разрешение при записи до 720x288;

-скорость записи до 100 к/с;

-детектор движения;

-доступ к регистратору по сети;

-ИК пульт управления в комплекте;

-Mobile Rack (Cъемный диск);

-архивирование: USB.

С помощью видеорегистратора СE-916-AR возможно осуществлять запись, хранение и последующее воспроизведение до шестнадцати каналов видео и четырех каналов аудио (только один канал аудио на запись). Принцип действия видеорегистратора - тот же, что и у видеомагнитофона, но видеозапись осуществляется в цифровом формате непосредственно на жёсткий диск (поставляется отдельно).

Цифровой видеорегистратор СE-916-AR оснащен системой, реагирующей на движение в кадре, и автоматически записывающие это видео. СE-916-AR – дуплексный шестнадцати канальный цифровой видеорегистратор (шестнадцать каналов видео и четыре (один на запись) канала звука). Два видеовыхода (основной / тревожный). Сжатие видеопотока осуществляется в формате MJPEG. Возможны четыре степени сжатия. Скорость записи до 50 кадров в секунду при разрешении до 720х288 пикселов.

Дуплексное функционирование: отображение и запись могут осуществляться одновременно. Архивирование осуществляется на USB носители. Возможен просмотр информации с жесткого диска видеорегистратора на компьютере.

Возможно включение записи вручную, по тревоге, расписанию и по детектору движения. Возможно подключение видеорегистратора к компьютеру напрямую, через локальную сеть, либо по Internet. Таким образом, обеспечивается удаленный просмотр видео. Управление системой осуществляется вручную с лицевой панели или с ИК пульта. Технические характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1. Технические характеристика видеорегистратора Cornet СE-916-AR

Характеристика	Значение
Модель	СE-916- AR
Стандарт ТВ сигнала	Композитный видеосигнал 1В, 75 Ом, PAL / NTSC
Режим работы	Дуплекс (отображение и запись)
Входы видеосигнала	16, BNC разъем
Выходы видеосигнала	16 сквозных, BNC разъем 1 на основной монитор, BNC разъем 1 на тревожный монитор, BNC разъем
Аудио входы/выходы	4 аудиовхода / 1 аудиовыход, RCA разъем
Алгоритм сжатия	MJPEG
Скорость отображения	400 к/с при разрешении 720х576
Скорость записи	100 к/с при разрешении 360х288 50 к/с при разрешении 720х288

Продолжение таблицы 1

Характеристика	Значение
Выбор скорости записи, кадров / сек.	100 / 50 / 25 / 12 / 6 / 3
Выбор скорости воспроизведения	х1/32 / х1/16 / х1/8 / х1/4 / х1/2 / х1 / х2 / х4 / х8 / х16 / х32
Режимы отображения	Полный экран, квадратор, картинка в картинке, мультиплекс и т.д.
Увеличение изображения	Поддержка цифрового увеличения в 2 раза
Настройки видео	Яркость / контрастность / цветность / насыщенность
Метод записи	Постоянно / по тревоге / по детектору движения / по расписанию
Метод поиска записи	По времени / по камере / по событию
Жёсткие диски	Съемный жесткий диск Mobil Rack
Архивирование	USB, TCP/IP удаленно
Детектор движения	Сетка 16 по горизонтали х 12 по вертикали точек (всего – до 192) 99 уровней чувствительности
Входы тревоги	16
Выходы тревоги	1
Формат передачи видео по сети	M-JPEG
Управление	Клавиатура на лицевой панели, по сети, ИК-пульт
Блокировка клавиатуры	Да
Определение потери видео сигнала	Да
Питание	12 В (адаптер на ~ 220 В в комплекте)
Рабочие температуры	0°C … +40°C
Габаритные размеры	432(ширина) x 286(глубина) х 55(высота) мм

2.2.Видеокамеры.

Расположение камер полностью соответствует требованиям нормативных документов и целям видео наблюдения данного объекта. Системы позволяет полностью обхватить все пути возможного проникновения и дальнейшего следования злоумышленника.

Как видно системы видеонаблюдения, модернизации которой посвящен данный проект, достаточно продумана и может справляться с рядом поставленных задач. Но также существуют обстоятельства, которые встают преградой к идеальному функционированию системы.

Важнейшей частью системы охранного телевидения являются приемные устройства, а именно камеры видео наблюдения.

2.2.1 Внутренние видеокамеры.

Помещения института оснащены устаревшими камерами производителя КРС. Достаточно высок риск их выхода из строя. Они обладают плохими техническими характеристиками и достаточно габаритными размерами.

Видеокамера KPC-S190SB1-92 она изображена на рисунке 2. ­Чёрно-белая цилиндрическая (диаметр девятнадцать мм) видеокамера с объективом boardlense c фиксированным фокусным расстоянием f=3,6мм. В ней используется 1/3 дюймовая ПЗС матрица SONY CCD, гарантирующая хорошую светочувствительность и малое количество шумов. В KT&C KPC-S190SB1-92 используется "EX-View"- технология повышения чувствительности компании SONY, в два раза улучшающая чувствительность к оптическому излучению для видимого света и в четыре раза для ближней части инфракрасного спектра. Поскольку KT&C KPC-S190SB1-92 имеет также хорошую чувствительность и в начале инфракрасного диапазона, это позволяет осуществлять видеонаблюдение с применением инфракрасной подсветки, незаметной для человека. Видеокамера имеет стандартное разрешение в 420 ТВЛ и предназначена для установки внутри помещений для работы в составе недорогих систем видеонаблюдения. KT&C KPC-S190SB1-92 можно подключать к видеодомофонам, видеомониторам и устройствам, работающим с видеосигналом - мультиплексорам и видеомагнитофонам. KT&C KPC-S190SB1-92 крепится на шарнирный кронштейн, позволяющий осуществлять регулировку в любой плоскости. Технические характеристики приведены в таблице 2.

Рисунок 2 – внешний вид видеокамеры KPC-S190SB1-92

Таблица 2 технические характеристики видеокамеры KPC-S190SB1-92

Характеристика	Значение
Разрешение по горизонтали	420 ТВЛ
Размер матрицы	1/3
Минимальная освещенность	0,05 Лк

Продолжение таблицы 2

Характеристика	Значение
Отношение сигнал/шум	50 Дб
Фокусное расстояние объектива	f=3.6 мм
Тип корпуса	Миниатюрная
Стандарт видеосигнала	Черно-белая
Климатическое исполнение	Внутреннее
Вандалозащищенность	нет
Напряжение питания	12 V DC

2.2.2 Уличные видеокамеры.

Большинство уличных камер также не справляется со своей задачей. Невозможность различения номеров автомобилей и лиц посетителей является основным их недостатком. Также проблемой является недостаточная защищенность камер от воздействия внешних условий. На части уличных камер отсутствуют нагревательные элементы, что может привести к отключению камеры в зимних условиях. Уличные камеры на территории данного объекта так же принадлежат производителю КСР, а именно KPC-S230 HL1(рисунок 3).

Рисунок 3 – внешний вид видеокамеры видеокамеры KPC-S230 HL1

KPC-S230 HL1 - миниатюрная цилиндрическая черно-белая камера уличного исполнения. Технические характеристики приведены в таблице 3.

Таблица 3 Технические характеристики видеокамеры KPC-S230 HL1

Характеристика	Значение
Модель	KPC-S230 HL1
Чувствительный элемент (Матрица)	1/3" Sony ССD
Система сканирования	2:1 Interlace
Эффективных пикселей	500(Г) × 582(В)
Разрешение	420 ТВ лин
Чувствительность	0.05 люкс/F2.0
Синхронизация	внутренняя

Продолжение таблицы 3

Характеристика	Значение
Отношение сигнал/шум	50 дБ
Гамма коррекция	0.45
Баланс белого	авто
Видео выход	1.0 Vp-p, 75 Om
Объектив	f = 3.6 мм
Электронный затвор	1/50-1/100000 с
ИК подсветка	нет
Рабочая температура	от -20оС до +50оС
Питание	DC 12 В
Потребляемый ток	150 мА
Исполнение	уличная видеокамера в термокожухе, влагозащита (IP67)
Габариты	Ø 32 мм х 95 мм
Вес	150 грамм

2.2.3 Состояние кабеля.

Другой проблемой системы охранного телевидения является состояние кабеля передачи видеосигналов. Сращивание некоторых кабелей видеокамер представляет собой скрутку проводов заизолированных изоляционной лентой или даже оголенные провода. Также имеются повреждение кабеля. Любая неоднородность кабеля приводит к потерям и искажениям видеосигнала.

3 Технические решения по модернизации системы видеонаблюдения

3.1 Общие сведения.

Для построения систем видеонаблюдения используется специальное оборудование: видеокамеры, гермокожухи, поворотные устройства, объективы для видеокамер, квадраторы, мультиплексоры, видеорегистраторы, видеосерверы, платы видеозахвата, мониторы для видеонаблюдения.

3.1.1 Видеокамеры.

В настоящее время в большинстве систем видеонаблюдения устанавливаются аналоговые видеокамеры. Отличительные особенности: доступная цена, простота конструкции, удобство монтажа и подключения к системе видеонаблюдения. Запись с таких видеокамер, как правило, производится на жесткий диск  видеорегистратора или компьютера.

Проводные и беспроводные аналоговые видеокамеры успешно используются во многих системах внутреннего и наружного видеонаблюдения. Камеры видеонаблюдения делятся на цветные и черно-белые. Цветные камеры рекомендуется использовать только там, где необходима информация о цвете объекта, в остальных случаях лучше подойдут монохромные видеокамеры, так как они имеют лучшее разрешение и, соответственно более высокое качество видеоизображения.

По конструктивным особенностям, камеры видеонаблюдения можно разделить на следующие типы:

1) видеокамеры модульные − бескорпусные устройства, как правило, предназначенные для установки в различные корпуса (кожухи, полусферы). Имеют небольшие размеры и могут монтироваться в различные предметы интерьера объекта, находящегося под видеонаблюдением.

Рисунок 4 – внешний вид модульных видеокамер

2) миниатюрные видеокамеры − небольшие видеокамеры в квадратных или цилиндрических корпусах, обычно применяются как готовое изделие для установки внутри помещений. Могут устанавливаться на кронштейны или на поворотные устройства. Маленькие размеры такой камеры делают ее практически незаметной в помещении.

Рисунок 5 – внешний вид миниатюрных видеокамер

3) видеокамеры купольные − имеют форму полусферы. Благодаря такой конструкции объектив купольной видеокамеры может свободно двигаться как по горизонтали, так и по вертикали. Если полусферический колпак изготовлен из матового стекла, то заметить направление поворота объектива невозможно. Купольные видеокамеры устанавливаются в помещении. Их можно монтировать на поверхность стены или встраивать в потолок.

Рисунок 6 – внешний вид купольных видеокамер

4) видеокамеры корпусные − устройства, которые могут быть использованы в различных условиях: внутри помещения или на улице, при наличии гермокожухов с подогревом. Для функционирования корпусных видеокамер требуется объектив, который приобретается отдельно. Чаще такие камеры называют − видеокамеры стандартного исполнения. Корпусные камеры видеонаблюдения относятся к разряду классических.

Рисунок 7 – внешний вид корпусных видеокамер

5) видеокамеры уличные − специальные видеокамеры, пригодные для эксплуатации вне помещений. Снабжены корпусом повышенной прочности, который не пропускает внутрь влагу и пыль. Уличные видеокамеры работают в широком диапазоне температур. Часто оснащены инфракрасной подсветкой для наблюдения в темное время суток. Кроме того, уличные камеры видеонаблюдения могут представлять собой обычные камеры, установленные в соответствующий гермокожух с обогревом.  Уличные камеры видеонаблюдения размещают вне помещения, в неотапливаемых гаражах, на складах, в цехах и на автомойках.

Рисунок 8 – внешний вид уличных видеокамер

6) управляемые видеокамеры (поворотные видеокамеры, скоростные видеокамеры) − комбинированные устройства, состоящие из камеры, трансфокатора и поворотного устройства. Наибольшее распространение получили, так называемые, интегрированные камеры, выполненные в виде купола. Управляемые видеокамеры идеальны для наружного наблюдения за объектами, распределенными на большом радиусе.

Рисунок 9 – внешний вид управляемых видеокамер

7) цифровые камеры видеонаблюдения (IP- камеры) − IP-камера или сетевая камера − это цифровая видеокамера, передающая видеопоток в цифровой форме по сети, использующей IP протоколы. IP камера имеет свой IP-адрес. Главное отличие от аналоговых CCTV камер в том, что изображение от камеры до монитора передается в цифровой форме, а не в аналоговой как в CCTV камерах. IP камеры видеонаблюдения имеют встроенный веб сервер, поэтому для работы сетевой камеры в сети не нужны специальные устройства и ПК. IP камеры снабжены встроенным процессором сжатия изображения. Сетевые камеры видеонаблюдения используются для построения систем видеонаблюдения как на малых, так и на крупных и распределенных объектах. Можно выделить следующие преимущества IP камер видеонаблюдения:

− использование более высоких разрешений;

− возможность одновременной передачи по сети аудио и видеопотока;

− управление по сети поворотным устройством (для поворотных IP камер);

− возможность подключения дополнительных камер;

− отсутствие двойной конвертации сигнала.

Сетевые (IP) камеры делятся на следующие типы:

-фиксированные камеры для установки внутри помещения − один из основных элементов при организации системы видеонаблюдения в офисе, магазине, супермаркете и т.п. Как правило, такие IP камеры имеют встроенный объектив с автоматической диафрагмой. Камеры для внутреннего наблюдения проще, меньше и легче камер наружного наблюдения (т.к. их не нужно защищать от неблагоприятного воздействия окружающей среды). Для внутреннего наблюдения достаточно минимальной чувствительности от 0,5 люкс, а также разрешение от 380 ТЛВ. Часто используют IP камеры со сменной оптикой, в зависимости от целей охранной системы, а также беспроводные камеры − для организации беспроводного видеонаблюдения различных помещений.

Рисунок 10 – внешний вид фиксированных камер

-поворотные камеры − основным преимуществом PTZ поворотных камер является расширенный угол обзора, который может достигать до 360 градусов (в зависимости от типа камеры). Управляться PTZ камеры могут как в автоматическом, так и в ручном, например, при обнаружении движения в определенном секторе. Сетевые поворотные камеры идеальны для создания систем видеонаблюдения магазинов, офисов, складских помещений, автостоянок.

Рисунок 11 – внешний вид поворотных камер

-купольные камеры (DOME) − компактное решение для охраны больших и средних по площади объектов. Благодаря большим возможностям для вращения, у купольных камер видеонаблюдения практически нет «мертвых зон», а угол обзора, в зависимости от модели, может достигать 360 градусов. Купольные сетевые камеры чаще всего устанавливают на потолок в центре помещения для увеличения площади обзора. У многих моделей камер есть возможность управления движениями камеры с пульта управления: просматривать тот или иной сектор, приближать/удалять объекты.

DOME камеры идеальны для видеонаблюдения в складских помещениях, офисах, конференц-залах.

Рисунок 12 – внешний вид купольных камер (DOME)