Системы видеонаблюдения это комплекс программно-технических средств, обеспечивающих удаленный визуальный контроль и запись видеоизображения
| Вид материала | Документы |
- Утвержден приказом начальника, 194.22kb.
- Комплекс программно-технических средств, используемых для торгового, расчетного и иного, 279.73kb.
- Об использовании Электронной Подписи в расчетах г. Москва " " 200, 163.13kb.
- Лекции Сетевые технологии в управлении, итгкс буряк, 417.94kb.
- Лекция 12 Тема 2 Программное обеспечение 4 часа, 225.49kb.
- При изготовлении интегральных схем очень важным является контроль технологических процессов, 115.44kb.
- Защитные рольставни; ворота и автоматика всех типов; домофоны; охранные и пожарные, 406kb.
- Инструкция по визуальному и измерительному контролю*1, 2746.37kb.
- Понятия о гис (Геоинформационные системы) их структура, классификация и применение, 145.99kb.
- Программно-технический комплекс Учебное пособие Новочеркасск юргту (нпи) 2010. Удк, 3911.73kb.
Основные параметры камеры видеонаблюдения
1. Формат матрицы
Формат - параметр, характеризующий размеры видеоматрицы камеры. К сожалению, этот параметр мало отражает физические размеры видеоматрицы и исторически связан с электронно-лучевыми трубками. Формат указывается в дюймах и позволяет определять угол зрения камеры при применении объектива с тем или иным фокусным расстоянием. Чем выше формат матрицы, тем больше ее физические размеры и тем больший угол обзора она может обеспечить. Этот параметр жестко не связан с физическими размерами и видеоматрицы, имеющие один и тот же формат могут иметь немного разные геометрические размеры.
По мере развития уровня технологии на рынке наблюдаестся устойчивая тенденция к постоянному снижению формата поскольку при этом падает цена телевизионных камер.
2. Разрешающая способность камеры видеонаблюдения
Разрешающая способность измеряется в телевизионных пиниях (ТВЛ) и характеризует, насколько мелкие детали можно различить с помощью телевизионной камеры. Эта величина, как уже отмечалось, в основном определяется числом элементов видеоматрицы: чем больше элементов, тем выше разрешающая способность (напомним, что речь идет о разрешающей способности по горизонтали, поскольку по вертикали число элементов жестко привязано к телевизионному стандарту). Абсолютное значение разрешающей способности можно связать с числом элементов с помощью следующего эмпирического соотношения:
Разрешающая способность в ТВЛ= 3/4 числа элементов
Точное измерение этой величины производится с помощью специальных тестовых таблиц с нанесенной системой сходящихся чередующихся черных и белых линий (именно в "их честь" и была названа единица измерения). Поместив таблицу перед телевизионной камерой так, чтобы она занимала весь экран монитора, определяют точку, в которой перепады между черными и белыми линиями становятся неразличимыми и считывают по специальной шкале абсолютное значение разрешающей способности.
На величину разрешающей способности влияет, разумеется, и электронная часть телевизионной камеры (например, полоса передаваемых ею частот), однако при этом она может изменяться только в сторону ухудшения. Следует отметить, что снижение формата видеоматрицы мало сказывается на разрешении камеры, так как возможности технологии позволяют делать элементарные площадки достаточно маленькими. Из принципа работы цветной видеоматрицы ясно, что разрешающая способность ее ниже, чем черно-белой.
В настоящее время рынок предлагает камеры видеонаблюдения следующего разрешения (чем выше разрешение, тем больше цена камеры):
- Ч/Б камеры среднего разрешения (приблизительно от 510 до 560 элементов по горизонтали) имеют разрешение от 380 до 420 ТВЛ;
- Ч/Б камеры повышенного разрешения (до 800 элементов по горизонтали) имеют разрешение до 600 ТВЛ;
Цветные камеры среднего разрешения имеют разрешение от280 до 330 ТВЛ;
Цветные камеры повышенного разрешения имеют разрешение до 460 ТВЛ (до 560 ТВЛ по S - VHS выходу).
Для наблюдения общей обстановки подходят недорогие камеры видеонаблюдения среднего разрешения. Если требуется определение мелких деталей (например, чтение номеров автомобилей), нужны камеры повышенного разрешения.
3. Минимальная освещенность
Минимальная освещенность характеризует уровень освещенности, при котором камера видеонаблюдения дает "нормально воспринимаемое" изображение. Этот параметр измеряется в люксах (фототехническая характеристика, относящаяся к спектральному диапазону, воспринимаемому человеческим глазом). Минимальная освещенность один из наиболее "лукавых" параметров, поскольку предусматривает несколько различных методик измерения, а в паспорте камеры не всегда указывается по какой именно из них проведено измерение. Во-первых, существуют различные критерии определения "нормально воспринимаемого" изображения (чаще всего используется критерий падения сигнала примерного 30% от номинала), а во-вторых, всегда должно быть указано, где именно измерена минимальная освещенность: на видеоматрице или на объективе (в этом случае указывается его относительное отверстие).
При измерении минимальной освещенности на объективе учитываются световые потери внутри него, которые тем больше, чем выше относительное отверстие (меньше светосила) объектива. Например, при стандартном относительном отверстии F 1.4 потери света составляют один порядок (проходит только 10% света) и, поэтому минимальная освещенность на видеоматрице равная 0.01 люкс соответствует минимальной освещенности на объективе 0.1 люкс,. Величина минимальной освещенности во многом определяется размером элемента видеоматрицы (тем меньше элементарная площадка, тем меньше света она может собрать).
Из сказанного следуют два вывода: во-первых, величина минимальной освещенности цветных камер намного больше, чем у черно-белых, во-вторых, чем меньше формат видеоматрицы, тем более жесткие требования предъявляются к освещенности объекта наблюдения. Характерная величина минимальной освещенности на объективе F1.4 для черно-белых камер лежит в диапазоне от 0.1 до 0.5 люкс, а для цветных - от 1 до 3 люкс.
4. Крепеж объективов
Все корпусные камеры имеют стандартный узел для присоединения телевизионных объективов. Существует два стандарта: "С" и "СS" с одинаковой присоединительной резьбой D25,4 х 0,8 и различным задним отрезком (17,5 мм и 12,5 мм соответственно). Если камера имеет присоединительный узел типа С, то к ней подойдет только С объектив. Для камеры с узлом СS подходят объективы СS и С со специальным переходным кольцом.
В модульных (бескорпучных) видеокамерах используется крепление объектива M12 с мелким шагом резьбы.
5. Напряжение питания
Камеры бывают рассчитаны либо на 24, 220V переменного тока, либо на 12V постоянного тока. Эта характеристика мало влияет на цену камеры, но важна для ее эксплуатации. Здесь надо исходить из конкретной структуры электрических коммуникаций.
Вспомогательные параметры
1. Электронный затвор
Как все полупроводниковые устройства, видеоматрица имеет режим насыщения, когда все имеющиеся в системе свободные заряды использованы и общий заряд, приобретенный элементарной ячейкой, перестает зависеть от интенсивности падающего на него света. Подобный режим работы называется "засветкой" видеоматрицы и, разумеется, он неприемлем. Для избежания этого эффекта современные камеры имеют возможность изменять время считывания заряда с помощью специального электрода, встроенного в видеоматрицу - "электронного затвора".
Он помогает адаптации камеры к условиям повышенного оснащения, уменьшая время накопления заряда (к тому же уменьшение времени накопления улучшаем передачу изображений быстро движущихся объектов). Диапазон электронного затвора указывается в секундах (аналогично выдержке фотоаппарата) и составляет в настоящее время от 1/50 до 1/100000 секунды.
Здесь необходимо подчеркнуть, что для уличных применений желательно все-таки использовать объективы с автоматической регулировкой диафрагмы, поскольку диапазон изменения освещенностей в уличных условиях может составлять 10 5 - 10 6 раз.
2. Синхронизация камер видеонаблюдения
Распространены два способа синхронизации камер видеонаблюдения :
-Привязка фазы кадров с камеры к фазе сетевого напряжения - так называемые камеры Line Lock . Эти камеры питаются обычно от переменного напряжения 24 либо 220V.
-Другой способ синхронизации - с помощью специального синхронизирующего сигнала либо видеосигналом.
Синхронизация важна при записи на специальные видеомагнитофоны через видео коммутатор. Камеры Line Lock также могут быть полезны при освещении люминесцентными источниками.
3. Соотношение сигнал/шум (динамический диапазон)
Соотношение сигнал/шум измеряется в децибелах (Дб) и характеризует чистоту и стабильность изображения. Если этот параметр больше приблизительно 45 Дб, на экране монитора наблюдается ясное и четкое изображение, если меньше - начинают проявляться шумы в виде "снега" по полю экрана, при величине ниже 30 Дб из-за шума вообще невозможно почти ничего разобрать. Здесь следует отметить, что чем больше формат видеоматрицы, тем лучше, при прочих равных условиях, соотношение сигнал/шум, поскольку больше площадь накопления заряда.
4. АРУ - автоматическая регулировка усиления
Автоматическая регулировка усиления (АРУ) есть свойство усилителя камеры видеонаблюдения изменять свое усиление в зависимости от уровня видеосигнала. Максимальное увеличение усиления называется глубиной АРУ. Обычно это величина порядка 10 - 20 Дб. Следует помнить, что никакой усилитель не позволяет улучшить соотношение сигнал/шум, поскольку вместе с сигналом одновременно всегда усиливается и шум.
5. Гамма-коррекция
Поскольку наблюдение за изображением ведется с помощью электронно-лучевой трубки монитора, имеется несоответствие передаточных характеристик видеоматрицы (как у большинства полупроводниковых приборов она линейна в рабочей области) и электроннолучевой трубки, имеющей степенную зависимость (с показателем 2.2).
Для приближения характеристик камеры к характеристикам монитора в видеотракт принудительно вносят нелинейные искажения - осуществляют гамма - коррекцию, улучшая тем самым контрастность изображения. Обычно величина гамма - коррекции (это безразмерная единица) составляет 0.45 (1/2.2), хотя некоторые камеры позволяют с помощью переключателя выставлять несколько различных значений помимо указанного или выключать гамма -коррекцию совсем.
6. Компенсация заднего света (контровый свет)
Если наблюдать за предметом, освещенным сзади ярким светом, камера настроит свои параметры на большую интегральную освещенность и сам предмет будет представлять из себя темное пятно без хорошо выраженной внутренней структуры, что заметно снизит эффективность наблюдения. Для исключения подобных ситуаций в хороших камерах предусмотрена специальная аппаратная функция, называемая компенсацией заднего света. В различных моделях может быть заложен различный алгоритм отработки этой ситуации.
В простейшем случае в режиме компенсации заднего света параметры камеры не к интегральной освещенности по всему полю кадра, а освещенности в его центре.
Таким образом за счет некоторого ухудшения качества изображения окружающей обстановки, улучшается изображение самого предмета. В более сложных моделях в разных частях кадра адаптация к световым условиям происходит независимо друг от друга.
7. Дополнительные требования к цветным камерам
Основное требование - правильная передача цветов. Изменение источников света может приводить, к значительным искажениям цветопередачи, если камера не содержит специальной схемы "баланса белого". Простейшие (недорогие) цветные камеры видеонаблюдения имеют лишь автоматический "баланс белого" для данного источника света. Внутри камер, как правило, имеются регулировки для адаптации к разным источникам света.
8. Рабочий диапазон температур
На большинство камер видеонаблюдения указывается следующий температурный диапазон: -10...+50°С для черно-белых и 0...+50°С для цветных. Разумеется, при использовании камер в уличных условиях необходимо применять специальные гермокожухи с подогревом.
Системы видеонаблюдения
При этих словах обычно возникает вид комнаты с множеством мониторов, охранник, который сидит откинувшись на спинку стула, и впечатление полного контроля над ситуацией... А теперь представим другую ситуацию: крупный объект (АЭС, ГЭС, завод, участок границы), зима, ночь, идет снег (уже от одного этого перечисления становится немножко не по себе)... и система видеонаблюдения. Скажем откровенно, ее эффективность теперь составляет проценты от того, что она обеспечивает при нормальных условиях. Хотя нет, стоп. Что значит "нормальные условия"? Это ведь и есть условия функционирования системы, где она должна нормально выполнять поставленную задачу.
Давайте разовьем нашу тему далее... Весь периметр закрыт забором (и даже двумя или тремя), имеются освещение и видеокамеры. Там, где есть водные пространства, стоят видеокамеры с мощной оптикой, иногда ском-плексированные с прожекторами. Теперь представим себя на месте потенциального нарушителя: так, вижу забор, висят камеры, светят прожекторы. Составляем карту объекта и наносим точки установки аппаратуры. Далее не буду продолжать, ибо ситуация ясна: сначала объект будет обследован, а потом будет найдено уязвимое место и составлен план действий противодействию системе охраны объекта, а точнее, план нейтрализации этой системы или ее "обхода".
Что же может быть эффективно в таких условиях? Это должна быть система, которая функционирует на большие расстояния (километры), не нуждается в освещении и которую очень сложно обнаружить. Звучит очень хорошо, а есть ли такие системы? Да, это мультисенсорные системы дальнего радиуса действия.
Что такое "мультисенсорная система"? Это система, которая позволяет вести наблюдение более чем в одном спектральном диапазоне и, возможно, умеет измерять расстояние до объекта наблюдения.
Рассмотрим наиболее типичный состав мульти-сенсорной системы:
1)поворотное устройство;
2)тепловизор;
3)видеокамера;
4)лазерный дальномер.
Опционально в системы также могут быть включены:
- активно-импульсная камера;
- низкоуровневая телевизионная камера.
Какую дальность наблюдения может обеспечить такая система? От нескольких метров до более чем 12 км в применении к термину "обнаружение человека".
Принципы построения мультисенсорных систем
Сначала нужно определиться с дальностью действия, то есть описать условия, в которых будет работать система, и что и с каким качеством она должна видеть на заданном расстоянии. Далее нужно определить состав сенсоров: это зависит от поставленной задачи и погодно-климатиче-ских условий, в которых будет эксплуатироваться система.
Рассмотрим построение такой системы на нескольких примерах: аэропорт, АЭС, граница.
Аэропорт
Инфраструктура: забор, видеокамеры, столбы освещения, возможно периметральные датчики. Задача: мониторинг периметра (забора), поворот системы наблюдения в зону детекции периметральных датчиков, слежение за взлетно-посадочной полосой.
Решение: поворотное устройство, тепловизор, видеокамера.
АЭС
Инфраструктура: забор, видеокамеры, столбы освещения, периметральные датчики, водные пространства.
Задача: мониторинг периметра (забора), поворот системы в зону детекции периметральных датчиков, слежение за подходами к водному пространству.
Решение: поворотное устройство, тепловизор, видеокамера, в некоторых случаях - лазерный дальномер.
Граница
Инфраструктура: контрольно-следовая полоса, забор, водное пространство, лес, горы. Задача: самостоятельный мониторинг приграничной территории, работа по целеуказанию от радаров.
Решение: поворотное устройство, тепловизор, видеокамера, лазерный дальномер.
Сравнение мультисенсорных систем с другими системами
Мультисенсорная система - это система тотального мониторинга объекта в режиме 24 часа в сутки/7 дней в неделю/365 дней в году с максимальной скрытностью и большой дальностью обнаружения.
Видеокамера с большим фокусным расстоянием способна вести наблюдение на больших расстояниях, но ее работа сильно зависит от времени суток (работает в дневное время) и погодных условий.
Видеокамера + прожектор - обеспечивают больший по времени диапазон работы системы, но это решение не является эффективным с точки зрения тактики и стратегии охраны объекта, так как рассекречивает свою зону ответственности. Данное решение эффективно, когда явно произошло нарушение и нужно осветить зону этого нарушения.
Забор с системой освещения, видеокамерами и периметральными датчиками - хорошая система, однако стратегически она пассивна и является высокоэффективной только при использовании всего комплекса перечисленных средств одновременно, что не всегда возможно.
Принцип работы мультисенсорных систем
Мультисенсорная система в аэропорту, постоянно вращаясь, следит за периметром; оператор имеет возможность просматривать текущую ситуацию одновременно с двух видеоканалов - тепловизионного и телеканала. При срабатывании периметральных датчиков система мгновенно направляется в зону подачи сигнала, и оператор может определить причину тревоги и принять решение. При опасности проникновения на территорию аэропорта постороннего объекта из какой-либо зоны система направляется в эту зону и включается детектор движения и тепла.
Мультисенсорная система на АЭС работает по подобному принципу, что и в аэропорту, но, как правило, там также имеется водное пространство, которое система просматривает в постоянном режиме.
На границе мультисенсорная система исполняет роль всевидящего ока и фиксирует все живые и механические объекты в зоне своей ответственности. При совместном действии с радаром мультисенсорная система работает в режиме отработки по целеуказанию. Радар засекает объект, передает команду на поворот поворотного устройства, и мультисенсорная голова поворачивается в нужную зону. После чего может произойти захват и сопровождение объекта.
Мы рассмотрели только "классические" варианты применения мультисенсорных систем, однако построение такой системы нужно начать с постановки задачи и определения тактики и стратегии охраны объекта. Например, в одном из азиатских аэропортов система охраны создана следующим образом: через каждые 300-400 м периметра стоят навесы, под которыми располагаются охранники, следящие за своей частью периметра, - они служат как "периметральными датчиками", так и "видеосистемой". Конечно, за такой системой нужен постоянный контроль, и для наблюдения за ней служба безопасности аэропорта выбрала мультисенсорную систему дальнего радиуса действия, которая совершает постоянный просмотр этих пунктов охраны и позволяет оператору убедиться в работоспособности своей "периметральной системы".
Данный пример обычно вызывает улыбку, но только до тех пор пока не происходит анализ действующей на объекте системы, не с точки зрения ее модности, технологичности, а с точки зрения тотальной эффективности. Например, на границе, один тепловизор способен заменить 10-15 пограничников на службе; 3-5 мультисенсорных систем способны перекрыть весь периметр большого международного аэропорта или АЭС...
Автомобильные системы наблюдения
Как правило, эффективность системы безопасности заключается в ее способности выдерживать противодействие, попытки вывести ее из строя либо обойти тем или иным способом (так как бороться с системой "напролом", это значит привести ее в действие и четко обозначить свои намерения).
Мобильность системы видеонаблюдения возможна благодаря дальнему радиусу действия мультисенсорных систем. Трассу и точки остановки мобильной системы заранее знать невозможно, а значит, потенциальный нарушитель никогда не будет знать, откуда и как за ним будут наблюдать. Как известно, информация - это наиболее ценное средство в любой системе безопасности. Кто владеет информацией - обладает преимуществом.
Мультисенсорная система - ключ к решению всех проблем?
Мультисенсорная система - это чрезвычайно эффективное средство видеонаблюдения, обладающее рядом ключевых тактических преимуществ, с которыми нарушителю очень сложно бороться. Однако максимальная эффективность данной системы, впрочем, как и любой другой, заключается в правильном комплексировании ее с другими инженерно-техническими средствами безопасности.