Проектирование системы телевизионного видеонаблюдения

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

БРЯНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра "Компьютерные технологии и системы"

Курсовой проект

Проектирование системы телевизионного видеонаблюдения

по дисциплине

"Комплексные системы защиты информации"

Брянск 2010

Аннотация

безинструментальный звукоизоляция информация защита

В данной курсовой работе разработана система защиты информации помещения учебного заведения "Брянский Открытый Институт Управления и Бизнеса" (далее БОИНУБ) с использованием технических средств. Был проведен анализ циркулирующей на предприятии информации, а также были выявлены источники и возможные каналы утечки, в следствие чего обосновывается необходимость установки дополнительных средств защиты информации.

В заключительной части курсовой работы произведена безинструментальная оценка звукоизоляции защищаемого помещения и расчет подходящих технических средств защиты информации для данного помещения.

Введение

Системы телевизионного наблюдения предназначены для обеспечения безопасности на объекте. Они позволяют наблюдателю следить за одним или несколькими объектами, находящимися порой на значительном расстоянии как друг от друга, так и от места наблюдения. В настоящее время системы телевизионного наблюдения не являются экзотикой, они находят все более широкое применение во многих сферах человеческой жизни. Наиболее простая система телевизионного наблюдения - это камера, подключенная к телевизору или монитору, такая система позволяет наблюдать за ребенком или автомобилем возле дома.

Электронные системы наблюдения позволяют выполнять и другие не менее важные и более сложные задачи. Например, наблюдение за несколькими больными одновременно, движением транспортных потоков на оживленных магистралях или в портах. Существует целый ряд применений систем видеонаблюдения в научных исследованиях и в промышленности, например, для контроля за технологическими процессами и управления ими. При этом наблюдение может производится в условиях низкой освещенности или в средах, где присутствие человека не допускается. Успешно эти системы используются в магазинах, в казино, в банках, на автостоянках. Малокадровые системы для дома и офиса способствуют повышению безопасности и создают дополнительные удобства.

Однако основной задачей, с которой должна справляться система телевизионного наблюдения, и именно для этих задач они и создавались, - это обеспечения физической безопасности объекта, как самостоятельно, так и при совместной работе с другими системами безопасности.

Глава 1. Проектирование ТВСН

.1 Общий подход к проектированию ТВСН

Одно из отличий систем охранного телевидения от других систем безопасности заключается в уникальности построения практически каждой видеосистемы (по сравнению, например, с системами охранной, пожарной или автомобильной сигнализации, состоящих из программируемого контроллера и набора стандартным образом подключаемых датчиков, вырабатывающих двухуровневые цифровые сигналы).

Проектирование охранного телевидения включает в себя первоначальный выбор ее конфигурации в соответствии с требованиями ТЗ, подбор необходимых приборов и аксессуаров, выбор варианта их подключения и корректировку конфигурации видеосистемы в соответствии с параметрами реально существующего на рынке систем безопасности оборудования. Несомненно, есть много сходного (и даже повторяющегося) в различных системах охранного телевидения, и все же каждый раз: новое техническое задание - это другая конфигурация, это другие уровни сигналов и помех, иначе говоря, это новая видеосистема.

В мире не так много производителей оборудования, которые бы обеспечили проектировщика целиком всем необходимым для создания всей системы охранного телевидения. Поэтому в одной и той же видеосистеме, как правило, используется оборудование различных производителей. Чтобы из разных приборов, как из кубиков, создать единую, функционально законченную и надежно работающую видеосистему, все ее части должны обладать конструктивной и электрической совместимостью. Когда этого почему-то не происходит, появляются паяльник, напильник, какие-то незапланированные проводки и перемычки. К примеру, оказывается, что объективы с автодиафрагмой одной фирмы не управляются от видеокамер другой фирмы, а приемники сигналов телеуправления вообще управляются только от "своих" клавиатур.

Для электрической совместимости блоков во всем мире провозглашено, что в каждой точке распространения видеосигналов в пределах любой видеосистемы эти видеосигналы должны быть одинаковыми, т.е. можно подключить осциллограф, и он покажет стандартный полный телевизионный сигнал (синхроимпульсами вниз) размахом 1 В на нагрузке 75 Ом независимо от "национальности" используемых приборов. Однако, как уже говорилось, жизнь намного богаче сухой теории - реально видеосигналы существенно отличаются от 1 В (если они больше 1 В, то изображение будет чрезмерно контрастным, с уменьшенным количеством градаций от черного к белому, при этом возможен срыв синхронизации; если меньше 1 В - изображение вялое, как на недопроявленной фотографии, возможно мигание цвета в цветных видеосистемах и опять же, срыв синхронизации).

Помочь в вопросе тестирования параметров видеосистем может использование специальных испытательных таблиц. В этом случае появляется возможность проверить результирующие характеристики всей системы и отдельных ее частей, причем не только на оснащаемом объекте, но еще и до монтажа, моделируя ситуацию с помощью бухты кабеля и комплекта выбранного оборудования. Эти результаты можно предъявить Заказчику на этапе согласования технического задания. Испытательные таблицы могут помочь и в случае конфликтной ситуации с Заказчиком.

На основании требований того, что должно быть видно, выбираются соответствующие зоны видеонаблюдения (с выездом проектировщика на объект Заказчика, либо используя план помещений или местности). Желательно, чтобы в поле зрения видеокамер попадало максимальное количество дверей, коридоров, лестниц, с тем, чтобы злоумышленник был бы обнаружен при любой траектории его движения. Особенно важными с точки зрения безопасности являются въезды и выезды, ворота и прилегающие к ним территории, заборы, дворы, стоянки автомобилей.

Если говорить о необходимом размере изображения человека на экране видеомонитора, то тут нет единого мнения. Существует, например, такая рекомендация:

·        для мониторинга обстановки в контролируемой зоне размер изображения человека по вертикали должен составлять порядка 5% от высоты экрана (непонятно, человек или собака, но что-то движется),

·        для четкого обнаружения человека размер должен составлять 10% (не ясно, мужчина или женщина, но точно - человек),

·        для узнавания человека размер должен быть 50% (вроде, Николай Георгиевич…),

·        для идентификации, опознавания размер должен быть 120% от высоты экрана (точно, он!).

Далее выбираются наиболее удобные места крепления. Это определяет ракурсы наблюдения (например, можно повесить видеокамеру прямо перед входом, но тогда будут видны одни лишь макушки голов, которые для опознавания не всегда пригодны). При выборе мест размещения видеокамер следует прогнозировать влияние возможных препятствий - деревьев, кустов, распахивающихся дверей. Следует исключить попадание в поле зрения видеокамеры источников света (прямые солнечные лучи, огни рекламы, осветительные фонари, фары автомобилей), а также отражений от создающих блики поверхностей (вода, стекла и пр.). При этом должен обеспечиваться необходимый для нормальной работы видеокамеры уровень освещенности. Предлагаемые технические решения должны быть комплексными: если предлагаете использовать видеокамеру с питанием от источника постоянного тока или инфракрасный осветитель, сразу же следует решать вопрос о необходимом блоке питания, не забыть выбрать кронштейн, термокожух и т.д.

Отметим, что видеокамера, как и любой прибор системы безопасности, может стать объектом диверсии. Борьба с вандализмом происходит в следующих направлениях:

·        используют специальные кожухи и кронштейны, затрудняющие повреждение или похищение видеокамеры,

·        применяют специальные схемотехнические решения (тревога при попытке снять кронштейн или приблизиться к нему, при пропадании видеосигнала),

·        используют пассивную форму защиты (видеоглазки, скрыто установленные видеокамеры) - приборы как бы мимикрирует в окружающей среде и эффективны до тех пор, пока не обнаружены злоумышленниками.

Точка расположения видеокамеры и подлежащие наблюдению объекты (дверь, ворота, шлагбаум, склад) образуют сектор наблюдения. Определение оптимального количества таких секторов является многовариантной задачей. Недостаточное количество видеокамер приводит к наличию в пространстве так называемых "мертвых зон". Чрезмерное количество видеокамер приводит к неоправданному повторению схожих изображений. Естественно, что это ведет к росту стоимости оборудования (видеокамеры, объективы, кронштейны, кожухи, кабели), усложнению оборудования обработки видеосигналов, а значит, и к удорожанию видеосистемы. С другой стороны, увеличение числа каналов приводит к уменьшению времени наблюдения по каждой зоне, к уменьшению размеров изображения при мультисценовом отображении на видеомониторе - вместо ожидаемого повышения информативности видеосистемы происходит ее уменьшение. Выбранные секторы наблюдения однозначно определяют углы обзора видеокамер (либо расстояния до объекта и поля зрения). На основании этих параметров и знания форматов видеокамер определяются фокусные расстояния объективов.

Опыт проектирования показывает, что, несмотря на многообразие задач видеонаблюдения, некоторые требования, формулируемые заказчиками, нередко оказываются тождественными. Это привело к созданию изготовителями небольших готовых, так называемых мини-видеосистем, обеспечивающих решение ряда "стандартных" задач. Каждая такая мини-видеосистема содержит одну или несколько видеокамер со встроенными объективами и диодами инфракрасной подсветки, микрофонами, специальными кронштейнами, видеомонитор со встроенным 2- или 4-входовым видеокоммутатором, а также комплект соединительных кабелей. Преимущества использования мини-видеосистем:

·        возможность проведения натурных испытаний на объекте заказчика,

·        сокращение времени и средств на проектирование и монтаж видеосистемы,

·        возможность гибкой трансформации видеосистемы при переезде с одного объекта на другой.

Необходимую для проектирования видеосистемы информацию получают из общения с Заказчиком, поэтому многое зависит от диалога проектировщик-заказчик. Остановимся на этом подробнее. Например, нередко, приходит Заказчик и с порога заявляет, что ему нужно установить 7 видеокамер (не 6, и не 8), и у него только один вопрос - "что это будет стоить?". Возможно, это природная самоуверенность. Возможно, желание сразу же показать, что его так просто не проведешь… А может, товарищ ничего не собирается приобретать, а просто исследует рынок. Дайте человеку выговориться. Выслушайте человека. А потом уточните, почему именно 7?

Никогда не идите на поводу у Заказчика (бездумно согласившись с ним сегодня, завтра и всю оставшуюся жизнь Вы будете жалеть об этом, но будет поздно). Если все-таки Заказчик настаивает на своих требованиях (а Вам они кажутся не вполне резонными), не спорьте, но попытайтесь аргументировано объяснить, к чему это приведет. А если и после этого Заказчику все-таки "так хочется" - пусть будет так. Только тактично поясните ему, что в этом случае всю ответственность за техническое решение он берет на себя сам. И обязательно подпишите у Заказчика техническое задание.

Никогда не обещайте Заказчику невозможного. Заказчик будет Вас сильно уважать, если Вы аргументировано объясните физические ограничения решения его задачи, честно укажите границы реализуемого. А если при этом Вы еще широкими мазками обрисуете, от каких напастей его оберегли, что бы случилось, если бы сразу согласились с ним, то он и своим внукам будет рассказывать о Вас. Не бойтесь показать, что Вы чего-то не знаете (каждый может чего-то не знать) - хуже, если Вы с уверенным видом понесете ахинею

Вторым по значимости вопросом при проектировании системы охранного телевидения является вопрос: Цветная видеосистема или черно-белая? Достоинства цветных видеосистем очевидны:

·        повышенная информативность,

·        более естественное отображение,

·        цветное изображение кажется объемным,

·        более достоверное отображение людей и объектов.

Черно-белые видеосистемы:

·        высокая разрешающая способность,

·        высокая чувствительность,

·        низкая цена.

Цветные видеосистемы:

·        пониженная разрешающая способность,

·        пониженная чувствительность,

·        высокая цена,

·        плохо работают, если для дополнительной подсветки совместно с ними используются лампы дневного света или инфракрасные осветители.

И все-таки определенная потребность в цветных видеосистемах существует и в России (и она наверняка будет возрастать). Если же требуется система охранного телевидения, имеющая высокую разрешающую способность, то в такой видеосистеме обязательно должны использоваться ВСЕ приборы, имеющие выходы не композитного видеосигнала (одновременная передача сигналов яркости и цветности), а S-VHS сигнала (раздельная передача яркостного сигнала Y и сигнала цветности С).

.2 Изучение объекта и формулировка технического задания

Первичный осмотр объекта

Должен происходить в сопровождении представителя заказчика для ознакомления с объектом, его топологией, а главное, принятой у заказчика терминологией обозначения частей объекта. Под словом объект в данном случае понимается защищаемая местность, будь то металлургический комбинат, однокомнатная квартира или отдельное офисное здание. На этом этапе следует выяснить, что имелось в виду под словами "окрестности", "периметр", "фасадная часть" и тому подобными. Главная цель - убедиться, что теперь вы и заказчик по возможности одинаково понимаете формулировки. Не спешите, увидев местность, заявлять, что какое-то требование невозможно, а в чём-то он ошибается. Ваша задача - проникнуться проблемами клиента и понять, чего он хочет. Даже если он хочет невозможного. Встречаются более конкретные "невозможные" требования, например, "с 300 метров различать номинал передаваемой купюры". К таким требованиям следует относиться уважительно, не исключено, что они не такие уж и невозможные, например, впоследствии выяснится, что камеру можно всё-таки установить в 5 метрах или что достаточно заметить сам факт передачи денег, или, может быть, клиент согласится зафиксировать конкретное место с точностью до полуметра, на котором всегда будет происходить передача денег.

Теперь вам предстоит по планам, а лучше, лично на местности, вооружившись чертежами, изучить объект не хуже собственной квартиры. Для каждого участка надо подробно уяснить необходимую степень детализации на различных расстояниях. Отсюда формируется начальное предположение о размещении камер наблюдения.

Постарайтесь провести объективные замеры освещённости в различных условиях. Не слишком доверяйте утверждениям типа "ночью площадка хорошо освещена". Обратите внимание на возможные большие перепады освещённости в пределах поля зрения камеры, отблески от стеклянных поверхностей. Отдельно отметьте возможные чрезвычайные ситуации, выход из строя систем освещения, особенно если значительная доля освещения обеспечивается за счёт коммунальных уличных фонарей, неподконтрольных службе охраны объекта.

Одновременно наметьте предполагаемые места установки дополнительных элементов - например, ламп освещения. Обратите внимание на особенности монтажа камер и прокладки кабеля, наличие электромагнитных помех и другие особые условия.

Рассчитайте для каждой камеры, которые будут записываться на видеомагнитофон, допустимые интервалы записи кадров, в частности, оцените время пересечения нарушителем поля зрения камеры. В зависимости от задачи может быть достаточно 1-2 кадра за это время, а может требоваться 5-10 кадров за время нахождения на расстоянии идентификации.

Отдельная подзадача - проектирование энергоснабжения системы. Оптимально обеспечить централизованное бесперебойное питание всех элементов, вплоть до резервирования дизельной подстанцией. Однако в некоторых случаях невозможно обеспечить питание удалённых камер, например, если прокладка кабелей вообще невозможна и передача видеосигнала от камеры планируется по радиорелейной линии. Некоторые камеры могут питаться от локального источника из соображений экономии. Во всех этих случаях следует выяснить наличие и свойства линий энергоснабжения вблизи мест установки камер.

В результате необходимо сформировать список камер с указанием их расположения, номера и параметров. На этой стадии не следует стремиться детализировать конкретную комплектацию камер и всей системы, параметры должны определяться реальными требованиями, время компромиссов еще наступит, когда ради экономии требования будут корректироваться под реальное оборудование.

Обработка техзадания

Настало время свести воедино все сведения, полученные от клиента и при осмотре местности и конкретизировать основные элементы системы. На этом этапе вы должны быть в состоянии специфицировать систему, обеспечивающую решение всех поставленных задач. Затем наступит этап обсуждения альтернативных компромиссных вариантов, но обе стороны уже будут четко сознавать, сколько стоит решение каждой задачи и какими задачами пришлось пожертвовать в окончательном варианте.

Обратите внимание, что до этого момента предполагаемый бюджет задачи обсуждаться не должен вообще. Большинство клиентов не могут оценить стоимость системы или отдельных ее частей, поэтому, если они будут постоянно иметь в виду ценовые ограничения при формулировке задачи, то, вероятно, пойдут на компромисс не там, где это действительно имеет смысл. Характерный пример: "мониторов наблюдения можно поставить только два, но все десять камер должны быть поворотными" - человек просто не знает, что при 10 PTZ камерах количество мониторов на общей сумме сказывается в третьем знаке. Конечно, неприятно после выполнения большого объёма работы узнать, что бюджета заказчика достаточно лишь на видеодомофон на входной двери. Чтобы избежать таких крайностей, можно посоветовать сразу же назвать примерную сумму, которую, по вашему мнению, будет стоить система на объект такого размера, и ориентироваться на реакцию клиента. Однако не углубляйтесь в обсуждения цены отдельных элементов, пока не выясните потребности клиента.

Описать, как построить правильную систему, невозможно. Это процесс творческий, требующий не только знаний, но и фантазии. Полезно на этом этапе обсуждать предполагаемые концептуальные решения с представителем заказчика. Вы, проектировщик, может быть, знаете всё о системах видеонаблюдения, но зато заказчик знает всё об особенностях объекта, своих нуждах и возможностях по эксплуатации системы. Например, нередко существенным является вопрос - устанавливать много фиксированных или несколько управляемых камер. Ответ на такой вопрос зависит, в частности, от предполагаемого взаимодействия системы наблюдения и других охранных систем, а также от того, насколько эффективным и постоянным будет управление поворотными камерами, будет ли обеспечено постоянное присутствие и внимание операторов наблюдения.

.3 Разработка коммерческого предложения

Большой размер коммерческого предложения не означает его высокого качества. В частности, не обязательно точно приводить всю комплектацию, но обязательно довести до понимания заказчика, почему предлагаются те или иные решения. Не забывайте, что клиент имеет, как правило, только самые общие представления об описываемой технике, поэтому избегайте употребления специального жаргона, насколько это возможно. Нередко "Коммерческие предложения", представленные разными проектировщиками участвуют в конкурсе, порой даже без ведома авторов этих предложений. Поэтому необходимо продемонстрировать высокий профессионализм и респектабельность вашей фирмы, а также убедить читающего "Предложение" заказчика, что именно эта система наиболее полно решает все его проблемы, даже те, о которых он не догадывался. Кроме того, полезно продемонстрировать гибкость в подходах, способность решить любые задачи и готовность к творческому поиску компромиссного решения. Продемонстрируйте заботу о финансовых интересах заказчика, укажите возможность коррекции спецификации по параметрам цена-качество. Не забудьте указать ограничения и недостатки предлагаемой системы. Это вызовет уважение, особенно по сравнению с конкурирующими предложениями, не указывающими своих недостатков, а также обеспечит защиту от предъявления впоследствии претензий в стиле "я этого не ожидал". Особенно неприятно получать такие претензии вместо оплаты по счёту после завершения работ.

Текст "Предложения" должен достаточно легко читаться. Перегруженность основного текста однообразными, нередко полностью повторяющимися описаниями конфигураций камер затемняет содержательную, важную для заказчика часть - зачем и для чего устанавливается эта камера, и почему она не такая, как остальные, почему именно за эту камеру он должен платить втрое больше, чем за соседнюю, решение каких задач потребовало применения такого оборудования. Опишите стандартную конфигурацию один раз, а затем описывайте только отличия от неё. Если вы боитесь, что такое описание будет неточным или несолидно коротким, приложите дополнительно полный список в виде таблицы, но описательная текстовая часть "Предложения" должна быть понятной даже непрофессионалу и достаточно краткой. Иначе её не будут читать вообще или будут, но не те люди, которые принимают решения, а их третьи помощники, да и они от усталости не заметят заложенных вами гениальных идей.

Не забудьте приложить план объекта с разметкой установки камер и других элементов системы, а также схематическую конфигурацию системы, её основных блоков и их взаимодействие.

Структура "Предложения"

1.      Исходные данные

Начинаться "Предложение" должно с формулировки задач, поставленных заказчиком, сжатого изложения информации, предоставленной им, и согласованной формулировки технического задания. Не стесняйтесь полностью привести посланную вам заявку от заказчика. Опишите, что было выяснено вами при осмотре объекта. Необходимо чётко зафиксировать исходные положения для построения системы. Это поможет избежать недопонимания при чтении текста "Предложения".

2.      Комментарии к техзаданию

Далее приведите свои замечания по поводу техзадания и предлагаемые вами изменения к нему. Вполне естественно, что в процессе работы над "Предложением" вам в голову пришли мысли, которые вы не согласовали ранее с заказчиком, либо вы переосмыслили решения, принятые при обсуждении техзадания. Данный параграф должен объяснить, почему "Предложение" решает не совсем те задачи, которые ставились клиентом

3.      Конкретизация задач

Формулировки задания, предоставленного клиентом, нередко грешат некоторой расплывчатостью. Поэтому следующий раздел - конкретизация поставленных задач. Например, если клиент написал "опознавать людей за воротами", укажите, на каком расстоянии, ведь от ворот до горизонта может быть довольно далеко. Основные ограничения, вводимые на этом этапе, должны быть предварительно согласованы с клиентом, но большинство будут вашей личной интерпретацией поставленных задач. Поэтому важно их полностью перечислить с тем, чтобы заказчик имел возможность обнаружить неприемлемые для него ограничения. Так, вы можете полагать, что опознавать людей перед упомянутыми воротами надо, когда они подошли вплотную - на 1-2 метра, а заказчик имел в виду, когда они выходят из-за угла в десяти метрах. Получить столь подробное техническое задание практически невозможно, поэтому написать его придётся вам, а клиент лишь ознакомится с ним и отметит свои возражения.

4.      Общее описание системы

Раздел содержит самое общее описание, например:

Система включает 3 поворотные камеры (одна цветная) общего обзора за прилегающей территорией, 7 фиксированных внешних камер для контроля за входами в здание и окнами, 3 фиксированные внутренние камеры для наблюдения в коридорах первого этажа, одна цветная поворотная и 2 цветные фиксированные камеры в главном операционном зале, одна фиксированная камера перед дверью в деньгохранилище. Основной пост наблюдения имеет 2 цветных монитора 15" и один 20", в дежурном режиме изображение наблюдается через два квадратора. Один пульт управления поворотными камерами. Мультиплексор для записи заданных камер на видеомагнитофон с режимом 24 часа записи. Компьютер системы контроля доступа с интерфейсом для управления видеосистемой. Вспомогательный пост наблюдения в помещении дежурного возле входа имеет два 14" монитора, на которых вызываются изображения по тревоге, в частности, по команде с центрального поста. Органов управления поворотными камерами не имеет.

5.      Концептуальные решения

В этом разделе следует описать, почему выбраны те или иные основные решения. Конечно, выбор сильно подвержен влиянию предпочтений и привычек проектировщика, однако есть и объективные причины, почему в одном случае вы предлагаете использовать несколько независимых мультиплексоров в роли центрального переключателя и применяете несколько больших мониторов в полиэкранных режимах, а в другом случае рекомендуете применение матричного коммутатора и множества разнесённых относительно мелких мониторов. Особенно важно пояснить свои решения, если вы предлагаете несколько существенно различных вариантов, ведь в таком случае выбор варианта вы возлагаете на клиента, и должны понятно объяснить ему, в чём состоит различие между этими вариантами, цена которых может отличаться в несколько раз. Вообще, предложить несколько вариантов очень полезно. Это не только демонстрирует гибкость в подходах, но и создаёт предпосылки для того, чтобы клиент выбирал между несколькими вариантами вашего предложения, а не между вашим предложением и предложением конкурента.

Особо отметьте возможности дальнейшего расширения и модификации системы. Нередко клиент предпочтёт вариант, прекрасно решающий задачи, хотя и не все, однако пригодный к дальнейшему расширению, нежели сопоставимый по цене вариант, который посредственно решает все поставленные задачи, но характеризуется тем, что при желании в будущем улучшить систему всё устанавливаемое сейчас оборудование придётся выбросить.

6.      Подробное описание элементов системы

Здесь, наконец, уместно привести полное описание комплектации и параметров всех камер, точно описать возложенные на них задачи и пояснить необходимые подробности. Привести список оборудования постов наблюдения и описать предполагаемые режимы работы мониторов наблюдения. Описать режимы работы видеомагнитофонов и указать количество видеокассет и предполагаемые графики их замены. Это всё ещё текстовая часть предложения, поэтому не перегружайте её длинными списками мелких комплектующих.

В заключение приложите подробную спецификацию оборудования, с указанием цен и графика поставки. В пояснениях к спецификации можно обратить внимание заказчика на то, где содержится основная стоимость, какими пунктами вы рекомендуете пожертвовать в первую очередь, если общая сумма не умещается в предполагаемый бюджет, а также, какие элементы вы рекомендуете заменить на более дорогие или увеличить их количество, если клиент не слишком стеснён в

.4 Алгоритм выбора оборудования

Оборудование охранного телевидения является составной частью охранного оборудования большинства систем безопасности. При разработке коммерческого предложения или проекта системы видеонаблюдения важно соблюдать системный подход. Как построить диалог с заказчиком, чтобы не упустить все важные моменты, определяющие характеристики системы видеонаблюдения? Как заказать оборудование для охранной видеосистемы, не делая ошибок? На эти вопросы поможет ответить данный алгоритм.

Параметры видеокамер

1. Черно-белая видеосистема или цветная      

Черно-белая:

·        лучше разрешающая способность,

·        лучше чувствительность,

·        экономически эффективная

Цветная:

·        большая информативность

2. Количество видеокамер   

·        "что должно быть видно?"

·        места расположения видеокамер,

·        углы обзора

. Фокусные расстояния объективов       

·        Из полученных углов обзора

4. Разрешающая способность        для видеокамер выбирается с некоторым запасом, учитывая что результирующая разрешающая способность всей видеосистемы будет хуже, так как на нее влияют все элементы от объектива до видеомонитора, для уличных видеокамер, как правило, должна быть выше

. Минимальная освещенность        диктуется условиями освещенности объекта, наличием или отсутствием искусственного освещения, ИК-подсветки

. Адаптация к изменению освещенности

·        при установке в помещении достаточно электронного затвора видеокамеры,

·        при установке вне помещений, как правило, требуется управление объективом с автодиафрагмой (предпочтительней управление постоянным током - объектив дешевле)

. Наблюдение быстроперемещающихся объектов или быстропротекающих процессов  электронный затвор, скорость работы которого устанавливается вручную

. Отсутствие силуэта при встречной засветке  компенсация встречной засветки

. Необходимость синхронизации видеокамер

·        для видеокамер с питанием от источника постоянного тока - внешняя,

·        для видеокамер с сетевым питанием - от сети

. Наличие микрофона  при необходимости организации аудиоканала

. Напряжение питания

·        доступность источника питания,

·        требование бесперебойности питания

. Конструктивное исполнение       

·        корпусированная (для стандартных реализаций),

·        бескорпусная (для скрытой установки),

·        специального дизайна

. Специфические требования        

·        наличие встроенной ИК-подсветки

·        функция зеркального отображения,

·        водонепроницаемое исполнение,

·        возможность подключения к компьютеру или компьютерной сети

Параметры объективов

. Формат.   Зависит от формата видеокамеры, чаще совпадает с ним

. Тип диафрагмы:

·        фиксированная (уровень освещенности на объекте известен и постоянен),

·        управляемая вручную (уровень освещенности постоянен),

·        автоматическая.

. Управление автодиафрагмой:

·        видеосигналом (обеспечивается большинством видеокамер стандартного дизайна),

·        сигналом постоянного тока - предпочтительнее (объектив экономичнее), если позволяет видеокамера,

·        дистанционное управление (для вариообъективов с сервоуправлением).

. Фокусное расстояние:

·        постоянное фокусное расстояние,

·        вариообъектив с ручным управлением (требуется нестандартное значение фокусного расстояния или это значение заранее неизвестно),

Адаптация видеокамеры к условиям внешней среды (температура, влажность, пыль, химически активные вещества и т.п.)     

·        термокожух,

·        встроенный в кожух блок питания,

·        омыватель стекла термокожуха,

·        очиститель стекла термокожуха,

·        вентилятор

Крепление видеокамеры (термокожуха)        

·        фиксированное (кронштейн или крепежное приспособление для крепления на стене, на потолке, мачте, столбе),

·        крепление, допускающее изменение положения видеокамеры (поворотная система)

Поворотная система

·        для близко расположенных видеокамер - поворотное устройство с пультом,

·        для большого числа удаленных видеокамер - поворотные устройства, приемники сигналов телеуправлени и контроллер,

·        скоростные купольные видеокамеры

Меры борьбы с вандализмом на объекте:      

·        полый кронштейн для проводки кабеля в соответствующий термокожух, специальные винты,

·        охранные датчики у видеокамер

Борьба с недостаточной освещенностью объекта    

·        обычное искусственное освещение,

·        ИК-осветитель с галогенной лампой или ИК-диодами, блок питания

Принцип обработки визуальной информации        

·        параллельный, без потери информации (к каждой видеокамере подключен "свой" видеомонитор),

·        последовательный (с помощью видеокоммутатора),

·        квазипараллельный до 4 входов (разделитель экрана),

·        квазипараллельный-последовательный до 8 входов (двухстраничный разделитель экрана),

·        квазипараллельный, как правило, до 16 входов (видеомультилпексор)

Автоматический контроль активности или вторжения     

·        детектор движения

Отображение визуальной информации 

·        обычный видеомонитор или видеомонитор с дополнительными функциями (встроенный видеокоммутатор, разделитель экрана, аудиоканал и пр.) - если должно быть несколько постов видеонаблюдения, оговаривается (лучше в виде таблицы) доступность видеокамер по каждому посту, время наблюдения в течение суток, функционирование в режиме тревоги)

·        компьютер с платой ввода видеосигналов

Видеозапись      

·        охранный видеомагнитофон и видеомультиплексор,

·        цифровой видеорегистратор (устройство видеозаписи на жесткий диск,

·        компьютер

·        Примечание. Удобно в виде таблицы отобразить время видеозаписи по каждой видеокамере, запись по тревоге, в режиме активности (в случае нескольких видеомультиплексоров в большой видеосистеме для уменьшения строб-эффекта видеокамеры, записываемые ночью, лучше подключать к одному видеомультиплекору, а записываемые днем, к другому - уменьшается количество видеовходов в коммутируемой последовательноcти).

Дистанционное управление 

·        приборы с соответстующими портами и клавиатуры

Функционирование по тревоге     

·        переключение видеокоммутатора на отображение зоны с тревогой,

·        переключение на полноэкранное отображение зоны с тревогой,

·        переход от полноэкранного отображения зоны без тревоги к мультисценовому отображению,

·        переход на режим записи по тревоге,

·        изменение ориентации видеокамеры,

·        включение зуммера,

·        срабатывание контактов реле для включения вспомогательных приборов

Передача видеосигналов     

·        коаксиальный кабель (в случае значительных расстояний - видеоусилители),

·        оптоволоконный кабель,

·        кабель витой пары,

·        телефонная сеть,

·        компьютерная сеть,

·        радиоканал

Глава 2. Видеокамеры и объективы

.1 Устройство видеокамеры

Видеокамеры - это по сути глаза видеосистемы, они определяют ту визуальную информацию, которая в конечном итоге поступает к оператору. Однако, в отличие от глаз, использование видеокамер предоставляет оператору уникальную возможность одновременно видеть на экране видеомонитора изображения из многих, достаточно удаленных мест.

Основой современной видеокамеры является так называемая ПЗС-матрица (ПЗС - прибор с зарядовой связью) - прямоугольная светочувствительная полупроводниковая пластинка с отношением сторон 3 : 4, которая преобразует падающий на нее свет в электрический сигнал. Радужную поверхность ПЗС-матрицы можно увидеть через отверстие, в которое вворачивается объектив (большинство видеокамер стандартного прямоугольного дизайна поставляется без объективов!). От используемой ПЗС-матрицы произошло название "ПЗС-видеокамера" (в отличие от первых телекамер, использующих передающие трубки).

ПЗС-матрица состоит из большого числа фоточувствительных ячеек (пиксел - элементов изображения), которое нередко указывается в паспорте на видеокамеру (например, 752 х 582). Ясно, что чем больше элементов преобразования, тем менее заметной будет дискретность результирующего изображения. Для того, чтобы повысить световую чувствительность каждой ячейки, нередко формируют специальную структуру, которая создает микролинзу перед каждой ячейкой.

Для получения цветного изображения перед ячейками формируются микрофильтры основных цветов R, G, B (очевидно, что для цветных видеокамер количество результирующих ячеек будет в 3 раза меньше, чем у черно-белых видеокамер, а чувствительность ниже). Кстати, дискретная структура ПЗС-матрицы является предпосылкой для создания современных цифровых видеокамер, что позволяет их использовать, например, в компьютерных сетях; на выходе таких видеокамер формируется цифровой код (в отличие от большинства существующих в настоящее время видеокамер, на выходе которых имеется стандартный аналоговый видеосигнал размахом 1 В). Не следует путать цифровую видеокамеру и видеокамеру с цифровой обработкой сигнала (DSP).

Видеокамеры характеризуются специальным параметром, который называется формат ПЗС-матрицы (рис.2.) (format)- это не что иное, как округленное значение длины диагонали ПЗС-матрицы, выраженное в дюймах. Например, наиболее популярная в настоящее время матрица 1/3 дюйма имеет размеры: (4,8 х 3,6) мм. Существуют также матрицы 1" - (12,8 х 9,6) мм, 2/3" - (8,8 х 6,6) мм, 1/2" - (6,4 х 4,8) мм, 1/4" - (3,6 х 2,7) мм, причем тенденция такова, что размеры матрицы у современных видеокамер становится все меньше (это экономически выгодно), а разрешающая способность и чувствительность видеокамер практически не ухудшаются.

Рис.2. Формат ПЗС-матрицы.

Знание формата ПЗС-матрицы необходимо для выбора подходящего объектива - диаметр окружности, в которой отображается сфокусированное объективом изображение, по сути, является диагональю матрицы (так как матрица имеет форму прямоугольника, то на нее приходится только часть кругового изображения; если формат матрицы и объектива совпадают, прямоугольник матрицы точно вписывается в окружность). Отметим, что если видеокамера поставляется со своим объективом, то информация о формате ПЗС-матрицы в документации на видеокамеру является избыточной.

При выборе видеокамеры следует в первую очередь определиться - видеокамера должна быть цветной или черно-белой, а это, в свою очередь, непосредственно вытекает из технического задания на видеосистему. Следует оговориться, что в одной и той же системе можно одновременно использовать и цветные, и черно-белые видеокамеры (если есть такая необходимость). Например, вся видеосистема цветная, и среди видеокамер есть так называемый видеоглазок (черно-белая видеокамера со сверхширокоугольной оптикой, устанавливаемая во входной двери) - при этом изображение на цветном видеомониторе (или телевизоре) от видеоглазка будет черно-белым. Или, к примеру, вся видеосистема (включая видеомонитор) черно-белая, а одна видеокамера цветная - все изображения будут черно-белыми.

Черно-белые видеокамеры более чувствительные (то есть могут работать при меньшей освещенности, почти в полной темноте) и имеют лучшую разрешающую способность, чем цветные видеокамеры (то есть они способны различать более мелкие детали и удаленные объекты); к тому же, что немаловажно, черно-белые видеокамеры существенно дешевле.

Цветные видеокамеры имеют всего одно, но очень существенное преимущество - высокую информативность. И это подчас является решающим аргументом, несмотря на их сравнительно высокую стоимость, а также зависимость качества изображения от типа источника света.

2.2 Основные параметры видеокамер

Разрешающая способность

Разрешающая способность (Resolution) является одной из важнейших характеристик систем видеонаблюдения. Она характеризует способность видеосистемы различать мелкие детали и удаленные предметы. Разрешающая способность измеряется в так называемых телевизионных линиях (ТВЛ) - количестве различимых на экране видеомонитора черных и белых штрихов минимальной толщины. Чем больше это значение, тем мельче детали и более удаленные предметы можно наблюдать (что особенно важно вне помещений). Например, черно-белая видеокамера с 600 ТВЛ лучше, чем с 380 ТВЛ (первую относят к видеокамерам высокого разрешения, вторую - стандартного разрешения).

Надо отметить, что к паспортным данным поставщиков видеокамер следует относиться очень осторожно. Так, результаты измерений ряда японских, корейских и тайваньских видеокамер показали, что в отдельных случаях их реальная разрешающая способность составляла 360 ТВЛ (против заявленных в паспортах 380 ТВЛ, 420 ТВЛ и даже 460 ТВЛ).

Следует подчеркнуть, что разрешающая способность видеокамеры в первую очередь определяется параметрами ПЗС-матрицы, поэтому разрешающая способность черно-белых видеокамер выше разрешающей способности цветных видеокамер. Кроме того, на разрешающую способность оказывает влияние ширина полосы пропускания тракта видеосигнала. Ориентировочное значение необходимой для передачи видеосигнала верхней граничной полосы тракта (МГц) может быть получено делением значения разрешающей способности (ТВЛ) на число 80. Например, если требуется разрешающая способность 420 ТВЛ, то полоса пропускания должна быть: 420 : 80 = 5,25 (МГц).

Что касается результирующей разрешающей способности всей видеосистемы, то на ее значение оказывают влияние параметры всех входящих в систему элементов: видеокамер, объективов, усилителей, устройств обработки видеосигналов, видеомониторов, устройств видеозаписи, кабелей. При этом общая разрешающая способность будет хуже худшей разрешающей способности входящих в видеосистему элементов. К примеру, если видеокамера, имеющая разрешающую способность 420 ТВЛ, кабелем соединена с видеомонитором, у которого разрешающая способность 800 ТВЛ, то результирующая разрешающая способность может быть, например, 390 ТВЛ или 350 ТВЛ, но никак не будет равна 420 ТВЛ.

К сожалению, в настоящее время отсутствует методика, позволяющая аналитически рассчитать результирующую разрешающую способность видеосистемы по значениям разрешающих способностей входящих в нее элементов. Более того, нет единого международного стандарта на измерение параметров видеосистем вообще, и видеокамер в частности; многие параметры измеряются в разных фирмах по-разному, при различных условиях. Поэтому еще раз подчеркнем, что следует быть весьма осторожным в отношении параметров, указываемых в рекламных буклетах, каталогах и даже технических инструкциях.

В этом отношении особенно ценными представляются телевизионные испытательные таблицы(рис.3.). Они позволяют:

·        смакетировать всю видеосистему на рабочем столе (включая бухты используемого кабеля) и предъявить ее для согласования будущему заказчику,

·        выявить элемент видеосистемы с наихудшей разрешающей способностью, проанализировать, что дает его замена,

·        использовать таблицы для разрешения конфликтных ситуаций с заказчиком,

·        осуществлять входной контроль оборудования,

·        производить сравнение оборудования различных производителей.

Рис.3. Испытательные таблицы.

Обычно измерение разрешающей способности осуществляется по так называемому "испытательному клину", то есть по границе различимости узких сходящихся линий. Реально в силу дискретного характера ПЗС-матрицы строки начинают "биться" в нескольких местах клина, проявляется муар. Чтобы определить реальное место, соответствующее, например, разрешающей способности по горизонтали, следует поперемещать в небольших пределах видеокамеру в горизонтальной плоскости - при этом места биений будут перемещаться, а место, соответствующее пределу разрешающей способности будет неподвижно.

Надо отметить, что чем выше разрешающая способность тестируемого элемента, тем труднее по "клину" получить точное значение параметра, а ведь именно это подчас и является решающим аргументом в пользу выбора того или иного прибора. Кроме того, наличие таблиц со штрихами позволяет судить и о равномерности передачи видеосигналов в полосе частот.

Для правильного использования таблиц каждую из них следует располагать перпендикулярно оси объектива видеокамеры на таком расстоянии, чтобы реперные знаки (черные треугольники вверху и внизу таблицы) своими вершинами совпадали с верхним и нижним краем экрана видеомонитора. Более точный результат получится, если регулировкой частоты кадров видеомонитора добиться появления на экране черной горизонтальной полосы (кадровый гасящий импульс) - таблица должна находиться на таком расстоянии от видеокамеры, чтобы реперные треугольники упирались в края этой черной полосы. Только в этом случае измеренное число ТВЛ будет соответствовать действительности. После фиксации видеокамеры на указанном расстоянии следует восстановить кадровую синхронизацию.

Для тестирования собственно видеокамер объектив должен быть очень высокого качества. Оценка разрешающей способности осуществляется по экрану видеомонитора - число в последнем из различимых блоков четкости укажет искомую разрешающую способност. Данные таблицы также позволяют оценивать качество фокусировки, нелинейные и геометрические искажения, вносимые видеомонитором или широкоугольным объективом видеокамеры.

Минимальная освещенность

Вторым по важности параметром видеокамер можно назвать минимальную освещенность - Minimum illumination (чувствительность - Sensitivity), которая характеризует способность видеокамеры наблюдать объекты в темноте (измеряется в люксах - лк). Чем меньше это значение, тем выше качество видеокамеры (обстановка на объекте становится все темнее, а изображение остается еще различимым). Для повышения чувствительности современных видеокамер используют следующие приемы, обеспечивающие их адаптацию к условиям освещенности:

в черно-белых видеокамерах при низкой освещенности происходит переключение в режим пониженной разрешающей способности или возрастания времени накопления зарядов, что влечет за собой смазывание движущихся объектов (чувствительность разменивается либо на разрешающую способность, либо на быстродействие),

цветные видеокамеры при низкой освещенности автоматически переходят в режим черно-белого изображения.

В измерении минимальной освещенности больше всего путаницы и неопределенности (что с успехом используют некоторые поставщики видеокамер). Вот несколько "подводных камней".

Так как большинство видеокамер поставляется без объективов, то результат измерения минимальной освещенности зависит от параметров используемого при измерении объектива, в первую очередь от величины его относительного отверстия (Aperture). Относительное отверстие объектива указывает, какая часть лучей пройдет через объектив и достигнет светочувствительных элементов ПЗС-матрицы. Следует помнить, что через объектив с относительным отверстием F2.0 пройдет меньше лучей, чем с относительным отверстием F1.4. Так вот, некоторые изготовители указывают минимальную освещенность, например, таким образом: 0,1 лк/F1.4 (0,1 лк при относительном отверстии 1.4), другие указывают минимальную освещенность, при относительном отверстии 2.0, например, 0,3 лк/F2.0. При сравнении видеокамер следует помнить:

если имеются две видеокамеры, причем, у первой из них указана чувствительность 0,1 лк/F1.4, а у второй 0,3 лк/F1.4, то чувствительнее первая видеокамера (измерение производилось при схожих объективах);

если первая видеокамера имеет чувствительность 0,1 лк/F1.4, а вторая 0,1 лк/F2.0, то чувствительнее вторая видеокамера (при измерении у второй видеокамеры был хуже объектив).

Пересчитывать каждый раз чувствительность не очень удобно - проще и быстрее использовать соответствующий расчет on-line.

Хотя в паспортах на видеокамеры указывается значение выходного видеосигнала (Video Output) 1 В на нагрузке 75 Ом, реально практически ни одна из фирм не выдерживает эту норму, а значения этого параметра разнятся весьма существенно и могут быть равны 0,5 В и даже меньше. Отсюда понятно, что коль скоро видеокамера преобразует интенсивность светового потока в размах напряжения, то корректно указывать минимальную освещенность, приводя ее к одному уровню выходного напряжения.

Надо сказать, что некоторые фирмы указывают чувствительность подобным образом: 0,6 Lux @ F1.2 50 IRE, что более корректно, так как 50 IRE означает, что чувствительность была измерена, когда размах от уровня черного до уровня белого уменьшился на 50 %, то есть до 0,35 В. Здесь следует пояснить, что полный размах собственно видеосигнала 0,7 В принимается за 100 IRE, размах всего видеосигнала с синхроимпульсами равен 140 IRE. В некоторых случаях указывают два значения чувствительности: Full Video (100 IRE) и Usable Picture (50 IRE). Усилением сигнала с ПЗС-матрицы можно "разогнать" видеосигнал довольно сильно, но при этом будут усилены и шумы. Отсюда очень важно при оценке минимальной освещенности обращать внимание на указанное отношение сигнал/шум на выходе видеокамеры, которое не должно быть ниже 30 дБ, иначе шумы на экране становятся весьма заметны ("снег" на изображении).

Вообще говоря, единица измерения люкс нормируется при определенной длине волны (550 нм, что соответствует максимуму чувствительности глаза). Для того, чтобы чувствительность видеокамер выражать в лк, необходимо при измерении отсекать инфракрасную область специальным фильтром, в которую простирается спектральная чувствительность ПЗС-видеокамер.

Измерение минимальной освещенности видеокамеры можно было бы производить внутри светонепроницаемого кожуха, регулируя накал расположенной там лампы реостатом или автотрансформатором и контролируя освещенность люксметром, а выходной сигнал видеокамеры - по экрану видеомонитора или осциллографа. Однако вся неприятность заключается в том, что с изменением интенсивности свечения лампы изменяется и излучаемый ею спектр, а спектральная чувствительность у разных видеокамер, надо сказать, существенно разнится. Таким образом, используя подобный принцип нельзя получить точное значение минимальной освещенности. Однако его удобно использовать, например, для сравнительной оценки чувствительности видеокамер различных производителей (уменьшают накал лампы до тех пор, пока одна видеокамера перестает показывать, а вторая еще продолжает работать).

Чтобы исключить влияние спектральной чувствительности видеокамер на измерение минимальной освещенности, световой поток в видеокамеру регулируют, используя набор нейтрально серых фильтров различной плотности, устанавливаемых перед объективом (при этом сам источник света остается стабильным, однако следует помнить, что спектральные характеристики самих фильтров тоже не идеальны).

Например, одна из зарубежных компаний, продвигающая видеообрудование различных фирм, приводит данные производителей по чувствительности их видеокамер, а также свои, полученные следующим образом:

видеокамеры тестируются с помощью объективов с относительным отверстием F1.2,

видеокамеры с встроенными объективами измеряются при минимальном значении их относительного отверстия (объектив максимально открыт); результат измерения пересчитывается к относительному отверстию F1.2,

в измерительном ящике, где определяется минимальная освещенность, перед объективом устанавливаются нейтрально серые фильтры до тех пор, пока размах выходного сигнала видеокамеры не станет равным 350 мВ,

в качестве тестовой таблицы используются вертикальные штрихи с пространственной частотой 0,5 МГц и 2 МГц.

Борьба с изменениями освещенности

В составе каждой ПЗС-видеокамеры имеется так называемый электронный затвор (ES - Electronic shutter) - это устройство, предназначенное для ее адаптации к вариациям освещенности. Данное устройство опрашивает ПЗС-матрицу короткими импульсами, причем, период следования импульсов может меняться. Благодаря этому осуществляется регулировка времени накопления зарядов, а значит, и уровень сигнала на выходе ПЗС-матрицы. Следует отметить, что электронный затвор, автоматически изменяющий период следования опросных импульсов в пределах от 1/50 с до 1/100000 с, имеется у всех современных видеокамер (поэтому указание данного параметра в техническом паспорте едва ли актуально).

Другое дело, если имеется возможность ручной установки электронного затвора (Manual Shutter Control) - такая функция может с успехом использоваться для наблюдения быстропротекающих процессов (например, при видеонаблюдении потока автомашин). Дело в том, что если автоматический электронный затвор (Auto Shutter Control) работает на "малых скоростях" (1/50 сек) - а это бывает при низкой освещенности, то быстроизменяющиеся процессы будут отображаться на экране видеомонитора смазанными. Для исключения такого дефекта должна быть либо достаточно высокая освещенность объекта (что не всегда возможно), либо следует использовать видеокамеры с принудительно устанавливаемой скоростью работы электронного затвора.

Недостатком использования электронного затвора (и объективов с фиксированной или регулируемой вручную диафрагмой) является то, что объектив все время открыт, а значит, глубина резкости минимальна, в цветных видеокамерах уменьшается цветовая насыщенность. Но самое главное, динамического диапазона электронного затвора (100000 : 50 = 2000) недостаточно для отработки изменений уличной освещенности при круглосуточной работе (от 105 до 109 раз). Кроме того, электронный затвор никак не изменяет световой поток, поступающий на ПЗС-матрицу. Проблема решается с помощью так называемых объективов с автодиафрагмой (Auto Iris) в которых величина относительного отверстия регулируется автоматически (ALC - Auto Iris Lens Control).

В качестве сигнала управления микродвигателями объектива (Iris Control) может использоваться специальный видеосигнал (Video), вырабатываемый видеокамерой. В более совершенных видеокамерах для этой цели вырабатывается медленно изменяющееся управляющее напряжение, часто называемое как сигнал управления постоянным током (обозначается DC - Direct Current или DD - Direct Drive), благодаря чему может использоваться более простой и экономичный объектив.

Электронная совместимость видеокамеры и объектива заключается в соответствии сигнала управления автодиафрагмой видеокамеры и объектива. Как правило, если видеокамера обеспечивает управление автодиафрагмой объектива сигналом постоянного тока, то в ней имеется микропереключатель для выбора либо DC, либо Video. Отметим, что при управлении Video используются только 3 из 4 контактов соответствующего разъема, в то время как при управлении DC задействованы все 4 контакта. Некоторые фирмы наладили выпуск адаптеров, позволяющих совместно использовать объективы и видеокамеры, имеющие различные сигналы управления диафрагмой.

Сама система управления автодиафрагмой, по сути, является классической системой автоматического регулирования, поэтому в некоторых случаях ей может быть присуща неустойчивость - объектив периодически открывается и закрывается. Нередко причиной этого является параллельная работа автодиафрагмы и электронного затвора, что, вообще говоря, нежелательно.

Отметим, что, несмотря на рекомендации использовать в уличных условиях, а также в помещениях с изменяющейся освещенностью исключительно видеокамеры с объективами с автодиафрагмой, для этих целей все же иногда используют видеокамеры с обычным объективом (с фиксированной или вручную устанавливаемой диафрагмой). Такие решения обычно диктуются желанием снизить затраты на видеосистему. В подземном переходе оно, конечно, работать будет. Или в темном дворе. Пока снег не выпадет, и на экране видеомонитора все станет несколько ярче, чем хотелось бы.

Отношение сигнал/шум (S/N Ratio, Signal/Noise).

Указывает на степень проявления "снега" на изображении (например, при отношении сигнал/шум 60 дБ шум практически отсутствует, 50 дБ - шум едва заметен или незаметен, 40 дБ - шум заметен, 30 дБ - сильные шумы, 20 дБ - изображение теряется в шумах. Реальные измерения японских, корейских и тайваньских видеокамер показали значения этого параметра от 32 дБ до 42 дБ (против заявленных в паспортах 46…48 дБ).

Система автоматической регулировки усиления (Gain Control).

Служит для стабилизации выходного видеосигнала на уровне около 1 В. Тем не менее, как уже говорилось, реально на выходе видеокамер размах видеосигнала 1 В бывает крайне редко (он может быть равен 500 мВ и даже меньше). В некоторых видеокамерах система АРУ отключаемая, что в ряде случаев оказывается весьма ценным (чтобы не ухудшалось соотношение сигнал/шум). Глубина АРУ у различных видеокамер может быть от 12 дБ до 30 дБ.

Гамма коррекция (Gamma Correction) - параметр (обычно, равный 0,45), который указывает на то, что в видеокамере заведомо вводится нелинейная зависимость выходного видеосигнала от освещенности объекта (то есть, если освещенность объекта изменять ступенчато, через равные приращения, то ступеньки выходного сигнала будут неодинаковы по размаху). Это делается для компенсации нелинейной зависимости яркости свечения кинескопа в видеомониторе от модулирующего напряжения (иначе темные места имели бы меньше градаций, чем светлые). В некоторых видеокамерах имеется переключатель гаммы 0,45 или 1,0. Изменения на экране от такого переключения не столь заметны; чаще этот переключатель установщик начинает судорожно переключать, когда видеосигнал вообще пропадает.

Компенсация встречной засветки (BLC - Back Light Compensation) - обеспечивает, как бы сказал фотограф, более глубокую проработку в контровом свете. То есть обычная видеокамера, у которой нет такой функции, отрабатывает на усредненную освещенность в поле зрения. Если при этом на объекте имеются очень ярко освещенные участки, то за счет электронного затвора они, конечно, будут не столь яркими, но при этом яркость и темных участков уменьшится, может быть, до полной неразличимости. Классический пример: человек лицом к Вам, а солнце светит ему в спину - лица не рассмотреть, один силуэт. В сравнительно простых видеокамерах BLC отрабатывает по центральной части поля зрения видеокамеры, в видеокамерах с цифровой обработкой (DSP) имеется возможность программно устанавливать область, в которой отрабатывает BLC.

Синхронизация видеокамер (Synchronization) нужна, когда количество видеокамер в видеосистеме больше одной и в основном в тех случаях, когда используются видеокоммутаторы. Дело в том, что при переключении не синхронизированных между собой видеокамер может происходить временный срыв кадровой синхронизации видеомонитора ("кадры ползут" несколько секунд после переключения видеокамер), что не может не утомлять оператора.

В России и в некоторых зарубежных странах действует стандарт (CCIR):

частота полей (полукадров): 50 Гц,

частота кадров: 25 Гц,

период следования строчных синхроимпульсов: 64 мкс,

развертка чересстрочная, 625 строк.

Отсутствие влияния синхронизации видеокамер на качество изображения при использовании цифровых систем обработки видеосигналов нередко преподносится как одно из преимуществ цифровых устройств. Но не вся, так как умалчивается, что, так как несинхронизированные видеосигналы приходят на входы не одновременно, то в конечном итоге это приводит к замедлению обновления изображения и более заметному проявлению так называемого "строб-эффекта". То есть и здесь использование синхронизации является благом.

Отметим, что все производители в числе "дежурных" параметров (таких, как гамма коррекция, выходной сигнал 1 В, чересстрочная развертка) указывают и внутреннюю синхронизацию (Internal), притом, что она есть у всех без исключения видеокамер (с использованием кварцевого резонатора).

Внешняя синхронизация (External) - V-lock (кадровой развертки) или Gen lock (кадровой и строчной разверток) актуальна для видеокамер, питаемых от источника постоянного тока, причем для этой цели может использоваться либо видеосигнал от одной из видеокамер, либо синхросмесь, вырабатываемая специальным прибором - синхронизатором. Ясно, что для этого на видеокамере должен быть дополнительный разъем.

Для видеокамер с сетевым питанием удобна синхронизация от сети переменного тока (LL - Line-Lock). Отметим, что именно синхронизация от сети позволяет избавиться от следующего дефекта. Если там, где установлены видеокамеры, используются лампы дневного света, то на изображении может появляться яркостная модуляция (экран медленно заплывает светом, а затем также медленно изображение становится нормальным). Подобный дефект проявляется далеко не со всеми лампами дневного света и непосредственно глазом в помещении не ощущается. Видеокамеры с синхронизацией от сети допускают подстройку фазы - в качестве опорного сигнала проще всего взять видеосигнал от одной из видеокамер, а остальные видеокамеры следует подстроить по ней. Для этих целей можно использовать или двухлучевой осциллограф (контроль взаимного положения кадровых синхроимпульсов), или экран видеомонитора, на разъемы сквозного прохода которого подаются видеосигналы от двух видеокамер (регулировкой частоты кадров добиваются появления темных горизонтальных полос, соответствующих кадровым гасящим импульсам, а затем подстройкой добиваются их совпадения). Нередко параметры синхроимпульсов в реальных видеокамерах выходят за пределы, оговоренные стандартами - отсюда возможные проблемы по совместимости с видеомониторами и устройствами, использующими оцифровку видеосигнала (разделителями экрана, платами ввода видео в компьютер и т.п.).

Баланс белого является специфическим параметром цветных видеокамер; он служит для правильной цветопередачи изображения на объекте при различных типах источника освещения, к которым, надо сказать, цветные видеокамеры весьма чувствительны (в особенности, к лампам дневного света). Указываемый при этом диапазон калориметрических температур (например, 2700 К…10000 К) соответствует диапазону регулировок.

В качестве напряжение питания (Power Supply) видеокамер используется или низковольтное напряжение постоянного тока DC (чаще всего 12 В), или сетевое напряжение AC 220 В. При питании от 220 В, как уже указывалось, удобно использовать синхронизацию от сети. Кроме того, напряжение 220 В, как говорится, всегда под рукой, а если видеокамера должна быть установлена на улице в термокожухе, то это напряжение удобно использовать и для питания подогрева, и для питания видеокамеры. Во избежание искажений на экране видеомонитора рекомендуется запитывать всю систему охранного телевидения от одной фазы сети 220 В. Если же видеокамеры установлены на значительном расстоянии и подключаются к ближайшим щиткам или розеткам, но при этом возникают искажения, то можно использовать разделительные трансформаторы.

Для видеокамер с питанием от источника постоянного напряжения можно использовать общий блок питания, однако при этом следует помнить, что:

может потребоваться достаточно мощный блок питания и провода большого сечения (см. Расчеты on-line: Выбор проводов),

возможно появление связи между видеокамерами через общий источник питания (на экране видеомонитора появляются искажения за счет проникновения видеосигналов из канала в канал),

при выходе из строя блока питания или повреждения общих проводов выходит из строя вся видеосистема.

Поэтому в ряде случаев удобнее использовать сетевой адаптер для каждой видеокамеры. Отметим, что видеокамеры с широким диапазоном допустимых питающих напряжений (например, 8 В…15 В) имеют очевидное преимущество перед видеокамерами, критичными к этому параметру. На объектах, где вероятны отключения питающего напряжения, следует предусмотреть организацию бесперебойного питания (броски напряжения могут вызвать выход видеокамер из строя). Кроме того, если произошло отключение питания уличной видеокамеры, причем окружающая температура достаточно низкая, то после подачи напряжения она уже может не включиться.

Диапазон рабочих температур (Operating Temperature) - чаще всего нас интересует нижняя его граница, а она обычно составляет -10°С, не более. Поэтому, если встречается обозначение Weather Proof Camera (всепогодная видеокамера), то надо понимать, что это ТАМ, у них, она Weather Proof, а у нас, в России, она в лучшем случае Water Proof (водозащищенная).

Конструктивное исполнение видеокамер предполагает следующие возможные варианты конструкции:

·        видеокамеры в стандартном корпусе,

·        видеокамеры миниатюрные ("квадраты", цилиндрические, купольные, шары),

·        видеокамеры уличные (как правило, вмонтированные в термокожухи, с кронштейном),

·        видеокамеры бескорпусные,

·        взрывобезопасные видеокамеры (конструкция которых исключает образование электрической искры, что позволяет использовать их в специальных помещениях),

·        видеокамеры специального дизайна,

·        WEB-видеокамеры,

·        скоростные поворотные видеокамеры,

·        видеокамеры от мини-видеосистем (с инфракрасной подсветкой, микрофоном и громкоговорителем).

Особенность купольных (потолочных видеокамер) - возможность использования темного светофильтра (при этом посетитель не сможет определить, куда направлена видеокамера). Бескорпусные и миниатюрные видеокамеры, как правило, поставляются со встроенным микрообъективом (но существуют варианты поставки и без объектива, с CS-креплением под стандартный объектив).

Вид крепления объектива (Lens Mount): "C" или "CS" - определяет конструктивную совместимость видеокамеры и объектива.

Дело в том, что существует два варианта исполнения видеокамер по расстоянию от места расположения ПЗС-матрицы до устанавливаемого объектива. Варианты С и CS отличаются по этому расстоянию на 5 мм. В соответствии с этим выпускаются и объективы С и CS крепления.

Рис.4.

Рис.5.

Чтобы изображение было четко сфокусировано на ПЗС-матрице, необходимо, чтобы с видеокамерой С эксплуатировался объектив С, а с видеокамерой CS - объектив CS. Возможен единственный вариант смешанного соединения: с видеокамерой CS может использоваться объектив C, но при условии, что между объективом и видеокамерой установлено специальное переходное кольцо С/CS (C/CS adapter).

Смысл последнего условия заключается в следующем. При установке объектива с CS-креплением на видеокамеру, рассчитанную на C-крепление, изображение оказывается сфокусированным перед плоскостью ПЗС-матрицы, а на самой ПЗС-матрице будет расфокусировано, что, естественно, недопустимо.

Рис.6.

При использовании объектива с С-креплением и видеокамеры с CS-креплением изображение оказывается сфокусированным за плоскостью ПЗС-матрицы, что также недопустимо.

Однако при установке C/CS-кольца между объективом и видеокамерой, изображение оказывается сфокусированным в плоскости ПЗС-матрицы.

Некоторые видеокамеры имеют встроенное резьбовое кольцо с большим ходом, что позволяет отказаться от использования CS-кольца и гарантирует хорошую фокусировку (функция Back Focus). В заключение отметим разнообразие функций существующих видеокамер:

·        для работы в уличных условиях,

·        для установки под водой (на глубине до нескольких метров),

·        цветные видеокамеры с композитным видеосигналом и S-VHS,

·        цветные видеокамеры Day/Night с переключением в черно-белый режим при пониженной освещенности,

·        видеокамеры с питанием по коаксиальному кабелю,

·        видеокамеры с возможностью зеркального отображения (для использования в качестве зеркала заднего вида автомобиля),

·        видеокамеры с возможностью передачи видеосигналов по компьютерной сети, по телефонной линии, с записью на встроенный жесткий диск.

.3 Основные параметры объективов

Формат объектива (format of the lens, image size) - это, по сути, обозначение того размера ПЗС-матрицы видеокамеры, с которой данный объектив предназначен работать. Другими словами, формат - это приблизительная длина в дюймах диаметра сфокусированного на плоскости изображения (он же является диагональю вписанного в эту окружность прямоугольника с соотношением сторон 3 : 4). Естественно, что этот прямоугольник не что иное, как поверхность ПЗС-матрицы.

Одним из требований конструктивной совместимости объектива и видеокамеры является соответствие их форматов. Отметим, что возможен вариант использования объектива большего формата, установленного на видеокамеру меньшего формата (но не наоборот, иначе на экране видеомонитора могут появиться затемнения по краям экрана). Достоинства такой установки в том, что в этом случае используется центральная часть объектива, где качество обработки поверхности лучше, чем на периферии, благодаря чему разрешающая способность оказывается выше. Недостаток - уменьшается светосила объектива, так как сужается эффективно используемый диаметр объектива.

Рассмотрим ситуацию, когда на видеокамеру формата 1/3 был установлен объектив формата 1/3, например, L8 1.3/CS. В каталоге указывается, что угол обзора системы "видеокамера-объектив" по горизонтали в этом случае будет 33,40°. Если теперь вывернуть данный объектив и вместо него ввернуть объектив формата 2/3 S8 1.3C, то угол обзора системы "видеокамера-объектив" окажется тем же самым, то есть 33,40°. И это понятно - фиксировано фокусное расстояние (8 мм) и фиксированы размеры матрицы. Уменьшилась только рабочая область объектива, так как он был рассчитан на ход лучей, формирующих большее изображение (формата 2/3).

Возможна ситуация, когда имеется видеокамера с соответствующим ПЗС-матрице объективом (например, формата 1/3, фокусное расстояние 8 мм) и нужно эту видеокамеру заменить видеокамерой другого формата (например, 2/3) с объективом формата 2/3, но таким образом, чтобы угол обзора при этом не изменился. Ориентировочный расчет требуемого фокусного расстояния в этом случае может быть с использованием отношения форматов:

8 мм х (2/3 : 1/3) = 16 мм

Для точного расчета, следует брать отношения не форматов, а одноименных сторон матриц.

Фокусное расстояние в мм (focal lenght) определяет угол обзора видеокамеры в целом (чем больше фокусное расстояние, тем меньше угол обзора и тем крупнее отображается объект наблюдения). Отметим, что угол обзора видеокамеры по горизонтали существенно шире угла обзора по вертикали, что следует учитывать при анализе "мертвой зоны" под видеокамерой.

Выбор объектива по фокусному расстоянию производится на основании требований необходимого угла обзора (angle of view) или, что практически то же самое, расстояния до объекта наблюдения (object distance) и горизонтального (horizontal) или вертикального (vertical) поля зрения (field of view). Очевидно, что этому должно предшествовать определение необходимого числа и типа видеокамер, обеспечивающих минимум так называемых "мертвых зон" при наименьшем взаимном перекрытии рабочих зон.

Замечания:

для одинаковых форматов большему фокусному расстоянию соответствует меньший угол обзора, для видеокамер с объективами соответствующего формата и одинаковыми фокусными расстояниями большему формату соответствует больший угол обзора,

при установке объектива большего формата на видеокамеру с матрицей меньшего формата угол обзора определяется фокусным расстоянием объектива и размером матрицы, то есть, равен углу обзора штатного объектива для данной матрицы.

Искомое фокусное расстояние может быть получено теоретически или практически.

Теоретическими методами являются:

·        аналитический (например, из пропорции: отношение фокусного расстояния f к расстоянию до объекта l равно отношению длины ПЗС-матрицы h к горизонтальному полю зрения H):

/l = h/H;

·        графический - графики или номограммы, построенные на основании этого соотношения (рис.9.)

·        табличный (с использованием испытательных таблиц).

·        использование специального кругового калькулятора:

В некоторых случаях учитывается 10%-ое уменьшение изображения на экране за счет обратного хода развертки видеомонитора.

Практическими методами являются:

·        использование специального оптического видоискателя (искомое фокусное расстояние считывыается с нониусной шкалы),

·        использование переносного видеомонитора, видеокамеры и набора объективов.

Рис.9. Рассчет фокусного расстояния графическим методом.

Объективы выпускаются как с постоянным фокусным расстоянием (fixed focal length), так и с переменным, причем их регулировка может быть как ручной (vary-focal lenses), так и дистанционно управляемой (zoom lenses).

Вариообъективы с ручным управлением обычно позволяют изменять фокусное расстояние примерно в 2 раза, что обеспечивает подстройку угла обзора видеокамеры на оптимальное изображение. Вариообъективы с сервоуправлением, иначе трансфокаторы (motorized zoom), позволяют изменять фокусное расстояние в пределах от 6 раз до 34 раз. Они могут применяться на объектах, где при видеонаблюдении требуется время от времени дистанционно изменять масштаб контролируемого изображения. Некоторые из таких объективов имеют функцию предустановки (presets) - по сигналу тревоги автоматически происходит быстрая установка заранее заданного фокусного расстояния.

Относительное отверстие определяет световой поток, достигающий ПЗС-матрицы. Строго говоря, обозначение F1.2 называют aperture (отношение фокусного расстояния к эффективному диаметру объектива), а относительным отверстием называют обратную величину (1 : 1.2), однако нередко пишут упрощенно: относительное отверстие F1.2. Чем меньше это значение, тем лучше (тем чувствительнее система видеокамера-объектив), то есть, например, объектив с F1.4 лучше по сравнению с объективом с F2.0, потому что позволит получить лучшее изображение в условиях малой освещенности. Использование так называемых асферических объективов (aspheric lens) c F0.8 позволяет повысить результирующую чувствительность примерно в 3 раза по сравнению с использованием объективов F1.4.

По типу диафрагмы (iris), то есть механизма регулировки проходящего светового потока, объективы подразделяются на:

·        объективы без регулировки диафрагмы (without iris) - для помещений с постоянным уровнем освещенности,

·        с ручной регулировкой диафрагмы (manual iris) - в помещениях с постоянным уровнем освещенности (обеспечивают возможность оптимальной подстройки),

·        с автоматической регулировкой диафрагмы (auto-iris) - для установки вне помещений и в помещениях с изменяемой освещенностью, причем регулировка может осуществляться либо видеосигналом (video) - задействованы три контакта разъема из четырех, либо сигналом постоянного тока (DC или DD) - используются все четыре контакта.

Расширение динамического диапазона регулировок диафрагмы может быть достигнуто обеспечением максимально плотного закрытия объектива. С этой целью используют встроенный нейтрально серый фильтр-пятно (ND spot filter), размещенный в центральной части объектива (при открытом объективе он практически не влияет на прохождение светового потока, но заметно уменьшает его при малом раскрытии зрачка объектива).

Объективы с диафрагмой, управляемой сигналом постоянного тока, более экономичные, а по техническим характеристикам идентичны аналогичным объективам, управляемым видеосигналом.

Если необходимо проверить работоспособность механизма автодиафрагмы, то это можно выполнить следующим образом. Нужно кабелем подключить объектив к заведомо исправной видеокамере, но не наворачивать объектив на видеокамеру, а смотреть сквозь него на просвет - объектив будет закрыт. Затем следует закрыть отверстие видеокамеры - если объектив исправен, то на просвет будет видно, как откроется зрачок (видеокамера "подумала", что вокруг стало темно).

Отметим, что у вариобъективов с сервоуправлением может быть либо автодиафрагма (оператору не нужно в течение суток подстраивать яркость изображения), либо дистанционно управляемая диафрагма (при этом в ряде случаев можно получить качество изображения лучшее, чем с автодиафрагмой).

Глубина резкости (depth of field) - зона перед и за фокусируемой областью, в пределах которой все предметы остаются сфокусированными. Глубина резкости тем больше, чем больше значение относительного отверстия. Короткофокусные объективы имеют большую глубину резкости. С увеличением расстояния до объекта увеличивается глубина резкости. Протяженность зоны резкости за сфокусированным объектом больше, чем перед ним.

Надо сказать, что диафрагма весьма существенно влияет на глубину резкости (мы прищуриваемся, когда хотим что-то рассмотреть) - чем больше значение относительного отверстия, тем больше глубина резкости. Это, в частности, является причиной типичной ошибки установщика - настраивать объектив с автодиафрагмой в солнечную погоду - диафрагма автоматически прикрывает объектив, глубина резкости большая (почти, как ни крути кольцо фокусировки, все резко). Зато вечером, когда солнышко сядет, зрачок объектива откроется, и вот тогда станет ясно, хорошо настроен объектив или нет. Реальную помощь в этой операции может оказать специальный нейтрально-серый фильтр (neutral density filter) - им при настройке прикрывают объектив с автодиафрагмой, имитируя сумерки.

Следует отметить, что фокус при обычном освещении и при инфракрасной подсветке отличаются, поэтому при использовании ИК-прожекторов следует устанавливать компромиссную фокусировку или использовать специальные объективы. К слову сказать, в последнее время появились объективы с встроенными по периметру диодами ИК-подсветки, что в ряде случаев может оказаться весьма удобным при эксплуатации.

MOD (Minimum object distance) - минимальное расстояние до объекта, при котором воспроизводимое объективом изображение оказывается сфокусированным. Широкоугольные объективы, как правило, имеют меньшее значение этого параметра, чем длиннофокусные объективы. Данный параметр едва ли можно считать актуальным для систем охранного телевидения.

Вид крепления объектива может быть C-mount или CS-mount.

Допустимы следующие варианты:

видеокамера С-крепления - объектив С-крепления,

видеокамера СS-крепления - объектив С-крепления с использованием специального переходного кольца C/CS.

Кроме стандартных объективов все популярнее становятся микрообъективы для бескорпусных и миниатюрных видеокамер. При их выборе следует помнить, что они могут быть выполнены из стекла, либо из пластмассы (с соответствующим качеством). Отметим, что существуют микрообъективы и с автодиафрагмой.

Используемые для видеокамер со скрытой установкой объективы типа "игольное ушко" (pin-hole), как правило, имеют существенно худшее значение относительного отверстия по сравнению с обычными микрообъективами. Однако при использовании специальных объективов (из 5 линз) производители обещают достаточно высокую светосилу и у объективов pin-hole.

Внешне аналогично объективам pin-hole выглядят объективы с вынесенным зрачком. Их преимущество в том, что при юстировке таких объективов, например в стене, не требуется точное "попадание" в отверстие. Более того, само отверстие является частью оптической системы такого объектива, играя роль диафрагмы. Таким образом, исключаются затемнения по краям экрана видеомонитора, которые сопровождают неточную юстировку объективов pin-hole.

Глава 3. Обработка и передача видеоинформации

.1 Устройства обработки видеосигналов: видеокоммутаторы и разделители экрана

Простейшая видеосистема состоит из одной видеокамеры и одного видеомонитора. При наличии в видеосистеме нескольких видеокамер возникает вопрос о варианте обработки потока визуальной информации и представления его оператору. От того, насколько оптимальным для конкретной задачи является данное решение, зависит скорость и эффективность работы оператора, а значит, и всей видеосистемы.

Идеальным является случай, когда сигналы от неограниченного числа видеокамер поступают к оператору без потери информации в том виде, как они снимаются с видеокамер. Однако в случае неоцифрованных выходных сигналов с видеокамер это невозможно, поэтому простейшим решением является параллельный способ представления визуальной информации (рис.10.). В этом случае используется несколько видеомониторов, к каждому из которых подключена "своя" видеокамера - при этом образуются независимые параллельные каналы. По сути, это не что иное, как несколько параллельно работающих простейших видеосистем.

Рис.10. Параллельный способ представления видеоинформации.

Несмотря на кажущуюся примитивность решения, оно, тем не менее, имеет ряд достоинств:

·        простота,

·        стоимость ниже, чем с использованием разделителя экрана или видеомультиплексора,

·        информация не теряется (нет оцифровки и переключения видеокамер),

·        высокая живучесть системы - при выходе из строя одного из каналов видеосистема в целом не теряет работоспособности, упрощается диагностика ее неисправности (методом замены).

Недостатки следующие:

количество видеомониторов (а значит, и каналов) не должно существенно превышать 6…8 (для одного оператора),

невозможно осуществлять видеозапись по всем каналам одновременно с помощью одного видеомагнитофона,

при наличии тревоги внимание оператора не привлекается,

при увеличении числа каналов возрастает занимаемая видеомониторами площадь.

Таким образом, в общем случае в видеосистеме должна решаться задача представления информации от нескольких видеокамер на видеомониторы, число которых, как правило, существенно меньше числа видеокамер (чаще всего, это один видеомонитор). Данную задачу в видеосистеме решает устройство обработки видеосигналов. Естественно, что в описанной ситуации к видеомонитору в каждый момент времени может быть подключена только одна из видеокамер, поэтому все системы с центральным устройством обработки видеосигналов осуществляют коммутацию видеокамер. Скорость коммутации каналов определяет принцип построения и выходные параметры видеосистемы; описанные ниже устройства используют последовательный способ представления информации оператору.

Видеокоммутаторы

Видеокоммутаторы (switchers) осуществляют коммутацию видеокамер с достаточно низкой частотой (несколько секунд и даже десятков секунд на канал). Они являются простейшими и самыми экономичными устройствами обработки видеосигналов.

Рис.11. Система видеонаблюдения с видеокоммутатором.

Характерной чертой видеокоммутаторов является так называемое неконтролируемое время: пока осуществляется видеонаблюдение по одной видеокамере, сигналы с других видеокамер на видеомонитор не поступают.

Это неконтролируемое время может быть весьма существенным. Например, если время наблюдения по каждой из видеокамер установлено 5 секунд (а за меньшее время оператору вообще невозможно успеть что-либо рассмотреть), то при циклическом автоматическом переключении, например 12 входов видеокоммутатора, неконтролируемое время составляет 55 секунд. То есть видеокоммутатор будет снова возвращаться к рассмотрению ситуации в контролируемой зоне через каждые 55 секунд - за это время на объекте может произойти многое

Надо сказать, что человек едва ли способен просидеть рабочий день перед видеомонитором, на экране которого постоянно переключаются изображения (а для уменьшения неконтролируемого времени они должны переключаться как можно чаще!). Едва ли здесь может помочь такая опция некоторых видеокоммутаторов, как индивидуальная установка времени наблюдения по каждому входу (для установки приоритетов наблюдения контролируемых зон, а также для создания "рваного ритма" переключений - чтобы оператор не уснул).

Для облегчения работы оператора некоторые видеокоммутаторы содержат входы тревоги (по числу видеовходов, а их может быть от 2 до 20). При срабатывании соответствующего охранного датчика на экране видеомонитора появляется изображение тревожной зоны, звучит зуммер, включается соответствующий светодиод. При одновременном срабатывании нескольких датчиков тревожные зоны отображаются поочередно в соответствии с выбранным временем наблюдения.

Некоторые видеокоммутаторы имеют возможность одновременно с видеосигналами переключать и аудиосигналы. Кроме того, существуют видеокоммутаторы с дистанционным управлением (для организации многопостовой системы). Что касается видеокоммутаторов, программируемых по экранному меню (входное сопротивление, время наблюдения, отображаемые по тревоге зоны и пр.), то, представляется, что этот класс приборов едва ли сможет быть популярным в силу того, что в этом случае пропадает основное преимущество видеокоммутаторов - их экономичность.

К достоинствам видеокоммутаторов можно отнести:

·        простота обслуживания,

·        отсутствие потери качества изображения, вызванного оцифровкой, что присуще разделителям экрана и видеомультиплексорам,

·        возможность использования видеомониторов небольшого размера.

Недостатки:

·        наличие неконтролируемого времени,

·        при непрерывном переключении каналов оператор утомляется,

·        невозможно осуществлять видеозапись по всем каналам одновременно с помощью одного видеомагнитофона.

Для использования в больших видеосистемах применяются так называемые матричные видеокоммутаторы - они могут состоять из наращиваемых модулей, образуя систему, например, из 512 видеовходов и 64 выходов, коммутируемых произвольным образом от нескольких клавиатур на разных постах. Основное преимущество подобных устройств - исключительная гибкость конфигурации (например, информация от видеокамер для поэтажного просмотра обстановки в гостинице или при наблюдении дорожной обстановки на участках трассы и т.п. может одновременно выводится на экраны нескольких видеомониторов). Еще одно применение матричного видеокоммутатора - размещение его на удаленном объекте и дистанционное управление коммутацией (при этом видеосигналы с удаленного видеокоммутатора на основной видеокоммутатор передаются по одному коаксиальному кабелю). Матричные видеокоммутаторы имеют входы тревоги, встроенный генератор экранных надписей, возможность работы с компьютером.

Разделители экрана

Разделители экрана (иногда почему-то называемые квадраторами) предназначены для одновременного (с точки зрения оператора) отображения на экране видеомонитора изображений от четырех видеокамер (черно-белых или цветных)(рис.12.). Достоинство разделителей экрана заключается в том, что при их использовании практически нет потери информации на время переключения видеокамер, присущей видеокоммутаторам.

Рис.12. Система видеонаблюдения с разделителем экрана.

Для отображения на экране одного видеомонитора изображений от нескольких видеокамер применяется преобразование аналоговых видеосигналов в цифровые коды с промежуточным запоминанием их в буферной памяти и последующей выборкой этих кодов в заданной последовательности для цифро-аналогового преобразования. Таким образом, в каждом поле сформированного таким образом видеосигнала содержится информация о четырех входных видеосигналах. Следует отметить, что коммутация видеокамер в цифровых устройствах обработки видеосигналов (разделителях экрана, видеомультиплексорах) может осуществляться не чаще, чем с периодом частоты полей (20 миллисекунд).

Четырем сегментам на экране видеомонитора соответствует четыре области памяти разделителя экрана, обновление которых может осуществляться либо последовательно (что проще и дешевле), либо параллельно.

В недорогих моделях разделителей экрана осуществляется циклический опрос четырех видеовходов с частотой кадровой развертки (25 Гц для стандарта CCIR), последующим оцифровыванием входных видеосигналов и запоминанием их до следующего цикла обновления информации в памяти. Таким образом, по каждому входу частота обновления оказывается равна 6,25 Гц, что проявляется на изображении в виде "строб-эффекта" движущихся объектов. В случае использования не синхронизированных видеокамер период обновления информации увеличивается на время ожидания прихода кадрового импульса от следующей переключаемой видеокамеры. Заметная прерывистость в движении объектов на экране создает дискомфорт оператору, приводит к потере информации.

В разделителях экрана "реального времени" производится параллельная оцифровка четырех входных видеосигналов, благодаря чему изображение получается более качественным, оператор меньше утомляется.

Разделители экрана могут быть цветными или черно-белыми.

Качество изображения, получаемого с помощью разделителя экрана тем выше, чем больше объем памяти прибора, предназначенного для хранения необходимого количество элементов изображения (пиксел) и количества градаций яркости. Например, прибор с памятью 1024 х 512 пиксел лучше, чем прибор с памятью 625 х 512 пиксел, 256 градаций яркости позволяют передать более естественно изображение, чем 64 градации яркости. Важным параметром разделителей экрана является наличие входов тревоги - при срабатывании соответствующего датчика во весь экран выводится зона с тревогой, звучит зуммер. Разделители экрана, которые имеют раздельную регулировку уровня видеосигнала по каждому входу, позволяют при монтаже и настройке охранной видеосистемы добиться одинаковой контрастности свечения каждого из сегментов на экране видеомонитора, что более комфортно для оператора (сигналы от разных видеокамер, пройдя по кабелям различные расстояния, существенно отличаются своими размахами). Кроме одновременного отображения четырех изображений, разделители экрана позволяют последовательно отображать на видеомониторе полноэкранные изображения (вручную или автоматически последовательно) - вариант использования прибора в режиме видеокоммутатора. При необходимости наблюдать с помощью одного прибора изображения более чем от 4 видеокамер, может использоваться так называемый двухстраничный разделитель экрана (8 видеовходов, коммутируемые группами по 4) (рис.13.). Однако в этом случае появляется так называемое неконтролируемое время для видеокамер, которые в данный момент не включены для наблюдения.

Рис.13. Система видеонаблюдения с двухстраничным разделителем экрана.

Лучшие результаты может дать использование двух параллельных видеосистем (в каждой свой разделитель экрана и свой видеомонитор)(рис.14.).

Рис.14. Параллельные видеосистемы с двумя разделителями экрана.

Разделители экрана могут иметь следующие функции:

·        возможность полноэкранного отображения,

·        электронное увеличение,

·        запоминание последнего (перед пропаданием) изображения,

·        возможность последовательного автоматического переключения,

·        наличие входов датчиков тревоги,

·        тревога при пропадании видеосигнала,

·        наличие встроенного детектора движения,

·        выход контактов реле тревоги,

·        возможность регулировки уровней входных видеосигналов,

·        возможность дистанционного управления,

·        встроенный текстовый генератор,

·        блокировка доступа.

Главным недостатком разделителей экрана является то, что они не позволяют получить видеозапись приемлемого качества (выходной сигнал подвергается цифровой обработке, что снижает разрешающую способность) и, кроме того, на каждое из 4 изображений приходится в два раза меньше элементов разложения и по горизонтали, и по вертикали, чем при полноэкранном отображении. Следует отметить, что для четкого наблюдения одновременно четырех изображений на экране видеомонитора размер его должен быть среднего и даже большого размера.

.2 Видеомультиплексоры

Мультиплексирование - наиболее эффективный способ непрерывной записи изображения от нескольких источников на один носитель.

Мультиплексная запись обеспечивается применением процессора цифровой обработки изображения с буферной кадровой памятью, в которую записывается изображение от видеокамер. Процессор с памятью служит в этом случае корректором временной базы (т.е. корректором несинхронности камер).

Вообще говоря, до появления мультиплексоров этой цели служили фреймсвитчеры - переключатели видеосигнала, в которых переключение осуществляется в момент кадрового синхроимпульса. При этом правда, требуется, чтобы все видеокамеры были синхронны и синфазны друг с другом.

Основное назначение видеомультиплексоров - организация видеозаписи с минимальными потерями сигналов от нескольких видеокамер на один охранный видеомагнитофон. Достигается это тем, что видеомультиплексор формирует на своем выходе мультиплексированный видеосигнал, получаемый переключением видеокамер с частотой полей (если подключить видеомонитор к этому выходу видеомультиплексора, на экране будут видны мелькающие изображения от подключенных видеокамер).

Рис.15. Система видеонаблюдения с мультиплексором.

Таким образом, на видеомагнитофон с видеомультиплексора поступают с частотой полей видеосигналы, соответствующие полноэкранному отображению - в этом основное преимущество видеомультиплексоров перед разделителями экрана (у которых видеосигнал соответствует квадовому отображению, то есть в 4 раза меньшему числу пиксел на канал). Понятно, что чем больше входов у видеомультиплексора, тем больше время между обращениями к каждой видеокамере, а значит, тем сильнее проявляется "строб-эффект". Например, если подключено 16 видеокамер, то время между обращениями к каждому каналу равно 0,3 сек, что близко к пределу, когда движущееся изображение воспринимается как слитное.

Процесс формирования выходного сигнала для записи называется кодированием. При этом в невидимые строки кадрового бланка записывается служебная информация (ID камеры, дата, время, метки тревоги и т.п.). Обратный процесс при воспроизведении называется декодированием. Основным недостатком последовательной мультиплексной записи является увеличение периода обновления изображения от каждой из записываемых камер (эффект мультипликации). При установке магнитофона в режим длительной записи этот эффект может привести к потере ценной информации. Для частичного устранения этого недостатка практически во всех моделях мультиплексоров применяется способ динамического распределения времени записи, в основе которого лежит анализ изменений в изображении. Алгоритмы обнаружения изменений могут быть разными, от простейших яркостных до сложных, с анализом изображение в фазовом пространстве. При обнаружении изменений в изображении от камеры, частота записи изображения от этой камеры увеличивается, что уменьшает вероятность пропуска важных событий. В последних моделях мультиплексоров выходы детекторов активности в каждом канале обработки выводятся на внешний разъем и могут быть использованы для прочих применений.

Рассмотрим некоторые основные характеристики мультиплексоров.

Основные режимы работы мультиплексора:

·        Запись изображения от камеры (источника видеосигнала)

·        Просмотр записей, сделанных ранее

·        Мультиэкранное наблюдения в реальном времени

В зависимости от своих возможностей мультиплексоры бывают, соответственно, симплексные, дуплексные и триплексные.

Симплексные - могут работать только в одном из вышеперечисленных режимов.

Дуплексные - работают одновременно в двух из вышеперечисленных режимов.

Триплексные - работают одновременно в трех из вышеперечисленных режимов.

Применение триплексных мультиплексоров не всегда оправдано, так как при воспроизведении ранее записанных кассет, живое видео можно просматривать на дополнительном мониторе. Поэтому наиболее часто применяются дуплексные мультиплексоры, к тому же триплексные пока еще достаточно дороги.

Разрешающая способность.

В отличие от ТВ камер разрешающая способность мультиплексоров измеряется в пикселях (точках), а не в телевизионных линиях (ТВЛ), хотя в принципе это одно и то же. Объясняется это тем, что мультиплексор - цифровой прибор, а в цифровых приборах разрешение принято измерять количеством отображаемых на экране точек (или в количестве точек на дюйм). Разрешение мультиплексора определяется объемом (структурой) оперативной кадровой памяти и, в первую очередь, быстродействием (тактовой частотой) процессора цифровой обработки изображения (быстродействием АЦП, ЦАП и собственно самого процессора)

Формат мультиэкрана.

Формат мультиэкрана - это количество и размер одновременно отображаемых на экране окон, в которых выводится информация (изображение). Форматы мультиэкрана могут быть самыми разнообразными - от стандартных (2х2, 3х3, 4х4) форматов до самых экзотических с неравномерными размерами окон (8+2, 4+3, 12+1, PIP, и т.д.).

Freeze (Still).

Электронный стоп - кадр, "заморозка", т.е. вывод на экран одного кадра от камеры (неподвижное изображение). В этом случае одно и то же изображение циклически считывается из кадровой памяти, что равносильно эффекту стоп-кадра на видеомагнитофоне.

Zoom (увеличение).

"Электронная лупа" позволяет увеличивать участок изображения относительно выбранной точки. Увеличение, как правило, двукратное, но бывают и исключения. При этом надо помнить, что электронное масштабирование приводит к ухудшению разрешающей способности (так как исходное изображение уже дискретное), поэтому особенно обольщаться данной возможностью не надо.

Последовательное переключение.

Возможность последовательного автоматического просмотра изображения от подключенных камер (или воспроизводимого изображения) в полноэкранном формате. Как правило, имеется возможность установки времени показа одного изображения, возможность исключения из просмотра каких-то камер.

Выбор камер для записи.

Возможность выбора пользователем тех камер, изображение от которых необходимо записывать на магнитофон либо какой-нибудь другой регистратор.

Маскирование изображения.

Возможность маскирования (запрещения показа) изображения от выбранных камер. Эта возможность используется для запрета наблюдения изображения от некоторых камер пользователем низшего ранга. При этом запись изображения от этих камер все равно производится.

Встроенные часы и календарь.

Встроенные часы и календарь используются для программирования различных режимов в зависимости от времени суток и дня недели. Это может быть автоматический переход на летнее время и обратно, запись различных камер днем и ночью и т.д. и т.п.

Детектор активности. Детектор движения.

Вообще эти понятия довольно часто путают, то есть детектор активности называют детектором движения, хотя это, вообще говоря, разные устройства. Дело в том, что детектор активности реагирует на любые изменения в поле зрения ТВ камеры - локальное изменение освещенности (лампочка зажглась), появление нового объекта, движение объекта в поле зрения и т.д. Алгоритмы обнаружения изменения могут, быть разными, но, как правило, все они строятся на анализе яркостных (амплитудных) изменений в изображении. Детектор же движения обязан реагировать только на появление движущегося объекта, и не реагировать на яркостные изменения в стационарном изображении, поэтому алгоритмы обнаружения движения гораздо более сложные. Поле для творчества здесь самое обширное. Как правило, действительно надежные детекторы движения - это интеллектуальные дорогостоящие цифровые устройства с большим количеством сервисных функций.

Телеметрия.

Абсолютно безграмотный с точки зрения телемеханики термин. Дело в том, что под телеметрическими функциями в мультиплексорах, матричных коммутаторах и прочих CCTV устройствах подразумевается возможность управления удаленными устройствами (позиционерами, объективами с MotorZOOM, и т.п.). На самом деле это - телеуправление, а телеметрия, наоборот, получение информации о состоянии удаленного объекта. Ну, да и ладно, термин то устоялся. Вообще говоря, наши восточные партнеры придумали массу замечательных в этом смысле терминов. Шедевром, естественно, является "электронный ирис" в ТВ камерах. Дело в том, что классический ирис регулирует величину светового потока. "Электронный ирис", а, если правильно говорить, автоматический электронный затвор, регулирует величину времени накопления заряда. И то, и то влияет на экспозицию, то есть на величину фотозаряда, но только физические принципы разные.

О некоторых дополнительных функциональных возможностях мультиплексоров.

Входы тревоги (ALARM).

При поступлении сигнала на вход тревоги мультиплексор переходит в особый режим, называемый "тревожной записью". Что собственно должен делать мультиплексор в этом режиме, определяется самим пользователем при помощи экранного меню.

Экранное меню.

Некоторый набор функциональных полей, в каждом из которых пользователь может установить определенный набор параметров мультиплексора, впрямую влияющих на режимы работы мультиплексора в различных условиях.

Синхровход (SW IN).

Вход внешней синхронизации мультиплексора. Очень полезная функциональная возможность, позволяющая мультиплексору переключаться от камеры к камере по внешнему синхросигналу. Как правило, внешний сигнал синхронизации поступает на мультиплексор от подключенного к нему видеомагнитофона. При этом у пользователя отпадает необходимость вручную устанавливать режим работы, соответствующий скорости записи магнитофона, это происходит автоматически. То есть при изменении скорости записи (воспроизведения) магнитофона, мультиплексор автоматически отслеживает это изменение.

Выход сигнала тревоги.

При поступлении внешнего сигнала тревоги (или при срабатывании внутреннего детектора активности) на этом выходе формируется некоторый обобщенный сигнал тревоги, который может быть использован (и используется) для переключения видеомагнитофона в режим записи по тревоге. Впрочем, этот сигнал может быть использован при построении конкретной системы видеонаблюдения для чего угодно.

Интерфейс RS-232C и RS-485.

Стандартный последовательный интерфейс, позволяющий с помощью специального протокола (системы команд) управлять мультиплексором либо при помощи персонального компьютера, либо с помощью специального контроллера управления. К сожалению, производители о стандартном протоколе обмена договориться не удосужились, поэтому у разных мультиплексоров система команд отличается друг от друга.

Пульт дистанционного управления.

ПДУ позволяет управлять мультиплексором на некотором расстоянии. В принципе, пульт дистанционного управления обычно полностью повторяет возможности кнопок на передней панели мультиплексора.

В последнее время появились модели мультиплексоров, совмещающие в себе еще и функции матричного коммутатора с возможностью вывода изображения от любой подключенной камеры на любой из подключенных (как правило, до 4-х) мониторов.

Некоторые производители добавляют "телеметрические" функции (управление внешними устройствами).

Использование интерфейса RS-485 позволяет объединять несколько мультиплексоров и управлять ими с одного пульта или (и) персонального компьютера.

Бурное развитие компьютерных технологий сказалось и на CCTV, в этой области стали активно развиваться цифровые системы мультиплексирования, совмещенные с устройствами цифровой записи. Эти устройства представляют собой комплекс программных и аппаратных средств и строятся на базе новейших компьютерных технологий с использованием высокопроизводительных процессоров цифровой обработки изображения.

Заключение

Проблемы обеспечения безопасности объектов постоянно возникают в наше неспокойное время, когда объекты постоянно усложняются, насыщаются сложной техникой, инженерными системами. Вместе с тем, к сожалению, продолжается рост криминализации общества, становится глобальной проблема терроризма. Все это и в последующем приводить к необходимости совершенствования систем интегрированной безопасности. Будут продолжать совершенствоваться системы, обеспечивающие безопасность объектов, в том числе и революционными темпами развивается цифровое телевидение.

В настоящее время стоит вопрос о создании нового уровня интеграции ранее созданных на объектах систем безопасности, в том числе создание кризисных информационных центров. Это требует объединения в некоторых случаях, систем безопасности различных объектов.

Рассмотренные в данной курсовой работе системы телевизионного наблюдения и средства обработки информации уже сейчас позволяет без особых капитальных затрат наращивать систему, интегрировать ее в общие информационные системы в том числе и с системами обычного телевидения, обрабатывать и передавать сигнал на любые расстояния и использовать эту информацию в интеллектуальных системах, которые способны самостоятельно принимать оптимальные решения по обеспечению безопасности объектов.