Теоретические сведения

Охранные системы видеонаблюдения предназначены для визуального на­блюдения в режиме реального времени за охраняемым объектом с помощью ви­деокамер с возможностью автоматического определения и сохранения для даль­нейшего анализа тревожной ситуации. Системы видеонаблюдения позволяют сле­дить одновременно за одним или несколькими объектами. Камеры видеонаблюде­ния можно установить как внутри помещения, так и снаружи. Задача охранной системы видеонаблюдения состоит в наглядном представлении видеоинформации об оперативной обстановке на контролируемом объекте.

Самая простейшая система видеонаблюдения включает в себя одну или несколько видеокамер, монитор, телевизор или компьютер.

Целью установки системы видеонаблюдения обычно является просмотр мест, которые важно контролировать с точки зрения сохранности материальных ценностей (люков трюмов), контроля за проникновением на объект (на борт судна, ходовой мостик, машинное отделение и т.п.), слежения за перемещением и рабо­той членов экипажа и т.п.

В системах электронной охраны судна камеры видеонаблюдения использу­ются для контроля работы вахтенного состава экипажа, труднодоступных мест машинного отделения, люков трюмов с грузом и контроля доступа на борт судна как у трапа, так и в труднодоступных местах.

3.1 Камеры видеонаблюдения

Главный элемент любой системы видеонаблюдения - это видеокамера. Вы­бор камер достаточно разнообразен: они бывают стационарные и поворотные - с ручным или автоматическим управлением (роботизированные), корпусные и

скрытые, цветные и черно-белые, дневные и ночные, для наружной и внутренней установки, с фиксированным фокусным расстоянием и трансфокатором (уст­ройством оптического приближения с дистанционным управлением), с аналого­вым выходом видеосигнала, с выходом видеосигнала по порту USB, с возможно­стью вывода видеоизображения по локальной сети (Web - камеры), по сети Ин­тернет (IP - камеры). Некоторые модели для внутренней установки оборудуются встроенным микрофоном и ИК - подсветкой.

Видеокамера состоит из объектива и диафрагмы, которые образуют оптиче­скую систему камеры, преобразователя видеоизображения в электрический сигнал (видикон или ПЗС-матрица), устройства формирующего выходной видеосигнал в необходимом формате (аналоговый, цифровой с обменом по порту USB, сети Ин­тернет и т.п.) (рис.3.5).

Рис. 3.5 Схематическое устройство видеокамеры

Фокусным расстоянием называют расстояние от главной точки оптической системы до соответствующего фокуса. Чем больше фокусное расстояние объекти­ва, тем при том же размере ПЗС-матрицы, меньше ее угол обзора и глубина рез­кости. Объективы с большим фокусным расстоянием позволяют на значительном расстоянии зафиксировать мелкие детали объекта. Объективы с малым фокусным расстоянием имеют большой угол обзора и большую глубину резкости, но не по­зволяют различить на объекте мелкие детали. Кроме того, такие объективы тре­буют большей освещенности объекта, т.е. обладают малой светосилой.

Светосила объектива характеризует количество света проходящего через объектив на ПЗС-матрицу. Чем выше светосила объектива, тем меньше нужно времени для освещения ПЗС-матрицы для получения изображения необходимого качества. Светосила объектива зависит от двух величин: диаметра входного зрачка Г) и фокусного расстояния F. Отношение диаметра входного зрачка объектива к фокусному расстоянию называется относительным отверстием (диафрагмой) и записывается, например, в виде 1,6 или 1:6. Светосила объектива тем выше, чем больше диаметр его входного зрачка и меньше фокусное расстояние. С увеличе­нием диафрагмы увеличивается также и глубина резкости объектива.

Основа большинства современных видеокамер - полупроводниковая ПЗС-матрица, преобразующая световой поток в электронный сигнал. Высокая

Рис.3.6 Схематичное расположение пикселей ПЗС-матриц черно-белой (а) и цветной (в) видеокамер, и соответствующие им люксамперные характеристики (б, г)

чувствительность, надежность, малые габариты и энергопотребление сделали этот элемент незаменимым во всей современной видеоаппаратуре. Поверхность матри­цы ПЗС состоит из множества светочувствительных ячеек - пикселей (рис.3.6). Чем большее число пикселей размещается на матрице ПЗС, тем выше качество и четкость получаемого изображения. Как правило, разрешающая способность по горизонтали таких камер составляет 330 - 600 линий на мм. Этот параметр приво­дится в паспортных данных на видеокамеру. Разрешение по вертикали всех камер видеонаблюдения практически одинаково, ибо ограничено стандартом на число строк разложения экрана монитора и составляет 625строк.

Каждый светочувствительный элемент ПЗС-матрицы (пиксель) имеет близ­кую к линейной люксамперную характеристику (рис.3.6 6). При больших свето­вых потоках эта характеристика имеет участок насыщения, что офаничивает верхний порог чувствительности видеокамеры. При малых световых потоках так­же наблюдается нелинейность этой характеристики, что вызывает нечувствитель­ность светочувствительного элемента к слабым световым потокам. Для регулиро­вания требуемой освещенности ПЗС-матрицы изменяют относительное отверстие диафрагмы объектива и скорость срабатывания электронного затвора.

Если видеокамера является цветной, то один пиксель состоит из трех свето­чувствительных элементов, каждый из которых воспринимает только один цвет (субпиксель): красный, зеленый и синий (RGB - система) (рис.3.6 в). В цифровых видеокамерах число уровней градации яркости одного пикселя составляет 2 =256, что соответствует одному байту сохраняемой информации. Таким образом, для сохранения информации о яркости одного светочувствительного элемента (пиксе-

30

будет проходить через него и попадать на преобразователь свет-сигнал. Чем выше светосила объектива, тем меньше нужно времени для освещения ПЗС-матрицы ПЗС для получения изображения необходимого качества.

На формирование видеоизображения быстродвижущихся объектов большое влияние оказывает электронный затвор. Электронный затвор является неотъемле­мой частью видеокамеры на основе ПЗС-матрицы. Точнее, когда говорят о той или иной скорости электронного затвора, подразумевают соответствующий режим работы ПЗС-матрицы. Скорость электронного затвора является одной из основ­ных характеристик видеокамеры и определяет качество воспроизведения быстро-перемещающихся объектов. В современных камерах используют затворы со ско­ростью срабатывания от 1/50 до 1/10 000 с.

3. Разрешающая способность. В видеокамерах горизонтальная разрешаю­щая способность измеряется в числе линий на мм, и характеризует насколько мелкие детали можно различить с помощью видеокамеры наблюдения. Горизон­тальная разрешающая способность составляет обычно ³А числа горизонтальных элементов ПЗС-матрицы (для черно-белых камер обычно 510-560 элементов по горизонтали или 380-420 линий на мм, для цветных высокого разрешения - до 800 элементов по горизонтали или до 600 линий на мм). В цифровых камерах часто разрешающая способность измеряется в числе пикселях.

4. Минимальная освещенность (чувствительность) - это уровень осве­щенности, при котором видеокамера дает нормально воспринимаемое изображе­ние. Обычно указывают минимальную освещенность на объективе видеокамеры -эта величина учитывает световые потери внутри объектива. Измеряется чувстви­тельность в люксах [лк]. Для черно-белых камер она обычно составляет 0,1-0,5 лк, для цветных - от 1 до 3 лк. В таблице 3.1 приведены примерные уровни освещен­ности объектов.

При недостаточной освещенности для нормальной работы видеокамеры применяются дополнительные осветители. Спектральная чувствительность черно-белых камер перекрывает и инфракрасную (ИК) область спектра. Это позволяет использовать их в условиях плохой освещенности, применяя специальные ИК-ос-ветители.

5. Максимальная освещенность - это уровень освещенности, при котором воспринимаемое видеокамерой изображение «заплывает». Для использования ви­деокамер в условиях высокой освещенности необходимо использовать затеняю­щие светофильтры.

Кроме того, существует ряд вспомогательных характеристик видеокамер, которые влияют на их функциональные возможности, и, соответственно, на цену:

• наличие электронного затвора, что позволяет избежать «засветки» при резких перепадах освещенности;

• способ синхронизации видеокамеры, по фазе напряжения питания или по специальному синхронизирующему сигналу;

• соотношение сигнал/шум (динамический диапазон) - при значении более 45 дБ обеспечивает на экране монитора ясное и четкое изображение. При меньших значениях на экране появляются шумы в виде «снега». При значе­ниях ниже 30 дБ картинку практически невозможно разобрать.

• автоматическая регулировка усиления (АРУ) - свойство усилителя ви­деокамеры изменять коэффициент усиления в зависимости от уровня видео­сигнала. Максимальное усиление называют глубиной АРУ. Обычно это ве­личина порядка 10.. .20 дБ.

• гамма-коррекция - улучшение контрастности изображения с помощью адаптации передаточной характеристики видеокамеры под характеристику монитора.

• компенсация заднего света - специальная аппаратная функция, которая позволяет наблюдать за предметом, освещенным сзади ярким светом.

• автоматическое устройство подавления колебаний - специальная аппа­ратная функция позволяющая сохранить четкое изображение при наличии вибраций видеокамеры.

• напряжение электропитания - обычно 24 или 220 В переменного тока или 12 В постоянного тока.

Список таких функций постоянно дополняется по мере совершенствования видеокамер.