Выбор камеры видеонаблюдения

Видеокамера - источник изображения объекта, выбранного для наблюдения или охраны. Все мы знаем, как много в системах видеонаблюдения зависит от видеокамеры, которая является основным элементом этих систем. Правильно выбранная видеокамера обеспечивает изображение высокого качества, а это основное, хотя и не единственное требование для получения необходимого изображения на экране оператора системы видеонаблюдения.

Роль видеокамеры в аналоговых системах видеонаблюдения очевидна и не требует особого пояснения. Но и в цифровых системах видеонаблюдения и записи, которые в настоящее время становятся доминирующими, роль видеокамеры имеет не меньшее, а, возможно, даже большее значение. Никакими, даже самыми интеллектуальными программными средствами невозможно повысить низкое качество изображения, полученного с неверно выбранной для данных условий эксплуатации видеокамеры. В этом случае важная информация будет утрачена безвозвратно. А если учитывать последующую компрессию видеоизображения и низкий темп, которые предусматривают дальнейшую потерю информации и снижение качества (в зависимости от алгоритма и степени сжатия), то становится очевидным, что в профессиональных цифровых системах видеонаблюдения роль видеокамеры нельзя недооценивать ни в коем случае.

Как правило, при выборе видеокамеры специалисты в области систем охранного телевидения отдают предпочтение высокому качеству изображения; дизайну модели (благо есть из чего выбирать) и минимальному набору функций видеокамеры, необходимых для выполнения задачи. Однако правильный выбор видеокамеры не решает всех проблем. Не следует забывать, что неправильная установка видеокамеры может свести на "нет" все преимущества выбранной модели.

Есть множество практических рекомендаций (о них речь пойдет ниже) по установке видеокамеры в зависимости от конкретных условий объекта. Но одно можно с уверенностью сказать: охрана объекта - задача для профессионалов, и решать ее надо на профессиональном уровне. В случае дефицита бюджета это решение может быть осуществлено в несколько этапов, но, тем не менее, его реализация должна оставаться на высоком уровне. Такое решение возможно только при условии использования качественного оборудования. В условиях российской действительности скупой платит дважды и при этом ставит под угрозу безопасность самого объекта с его сложной инфраструктурой.

После начала бурного внедрения систем охранного телевидения на территории России произошло много изменений. Устаревшим видеокамерам с разрешением не более 400 ТВ-линий и низкой чувствительностью 1 люкс на смену пришли другие.

Они спроектированы с учетом современных представлений о качестве изображения и изготовлены на основе новейших технологий. Последние два года продемонстрировали значительное развитие возможностей оборудования, применяемого в сфере охранного телевидения. Еще быстрее развивались новые цифровые технологии обработки, передачи и хранения значительных объемов видеоинформации высокого качества. Поэтому среднее качество изображения и минимальный набор функций видеокамер перестали устраивать искушенного пользователя. И компаниям, поставляющим оборудование на рынок CCTV, есть, что предложить им.

В настоящее время на рынке CCTV представлен широкий спектр моделей, в которых трудно разобраться непосвященному пользователю. Круг задач, которые способны решать эти видеокамеры, очень широк. От простых, таких, как визуальное наблюдение пришедшего гостя, до сложных, например, удаленный доступ к видеокамерам любого объекта через глобальную сеть Интернет. В каждом конкретном случае, в зависимости от задачи (наблюдение за территорией; охрана территории; идентификация нарушителя территории и дальнейшее отслеживание развития ситуации с высокой степенью информативности), нужно найти компромисс между набором необходимых параметров, возможностями выбираемой модели и ее ценой, особенно в условиях ограниченного бюджета. Мы постараемся ознакомить читателей с современным рынком видеокамер и областями их применения.

Классификация камер видеонаблюдения

Исходя из требований заказчика вы почти сразу же безошибочно можете решить, какое место охраняемой территории необходимо видеть на экране монитора. Это условие подскажет вам тип видеокамеры в соответствии с приведенным ниже классификатором.

Все камеры видеонаблюдения можно условно разделить на стационарные и управляемые, которые, в свою очередь, в зависимости от условий эксплуатации относят к видеокамерам для помещений и видеокамерам уличного применения.

Стационарные видеокамеры для помещений можно разделить на стандартные (без встроенного объектива); цилиндрические и купольные, в которых уже установлен объектив с фиксированной диафрагмой или объектив с АРД (автоматической регулировкой диафрагмы).

Стационарные видеокамеры для уличного применения устанавливаются в термокожухе, который дополнен блоком питания, системой подогрева стекла и внутреннего объема.

Управляемые (с возможностью дистанционно менять положение линии наблюдения в двухкоординатной системе) видеокамеры по конструктивному исполнению можно разделить на стандартные, построенные на базе двухкоординатной турели и термокожуха с видеокамерой (на сегодняшний день это, по целому ряду технических характеристик, устаревшее решение), и купольные.

Оба типа видеокамер являются интеллектуальными, интегрированными и легко управляемыми.

Составные части видеокамеры:

· плата со схемой преобразования сигнала, получаемого с установленной на ней ПЗС-матрицы, в композитный видеосигнал;
· объектив с креплением С, CS, М12;
· блок питания видеокамеры (встроенный или внешний);
· корпус (прямоугольной или купольной формы);
· дополнительные встроенные или внешние функциональные модули (передатчики видеосигнала, устройства грозозащиты и
т.п.).

Первые видеокамеры (в 30-х годах) изготавливались на основе стеклянных трубок с покрытием из светочувствительного люминофора на внутренней поверхности стекла. Их называют передающими трубками, и работают они по принципу, основанному на фотоэффекте. При появлении охранного телевидения существовало два типа трубок: видиконы и ньювиконы. Работа всех передающих трубок основана на принципе сканирования электронным лучом покрытия внутри трубки под действием электромагнитного поля. Видеокамеры на базе трубки ньювикон были более чувствительны, дороги и работали только совместно с объективами с автоматической регулировкой диафрагмы.

При проведении аналогии с телевизионными трубками, применяемыми в телевизорах, можно определить ряд особенностей, которых не существует в современных матрицах, основанных на ПЗС-технологии - большие габариты видеокамеры; наличие высокоточной, плохо защищенной от внешнего воздействия, отклоняющей системы; необходимость высокого напряжения; малый срок службы люминофорного покрытия; наличие сильных геометрических искажений.

Сначала микроэлектронная технология не позволяла создать элемент изображения (пиксел) в приборе с зарядовой связью
(ПЗС-матрица) меньше электронного луча, получаемого в видеокамерах, построенных на основе трубок. В результате разрешение видеокамер, построенных на базе ПЗС-матриц, оставалось очень низким. В 70-е годы, когда выяснилось, что приборы с зарядовой связью очень чувствительны к свету, началось бурное развитие ПЗС-технологий. В наши дни оно достигло высокого уровня. Теперь в нашем распоряжении есть матрицы, которые позволяют получать не только очень высокое разрешение, но и продемонстрировать высокую чувствительность за счет уменьшения потерь на этапе преобразования светового (фотонного) потока в стандартный видеосигнал.

В современных условиях ПЗС-матрицы производятся несколькими компаниями, которые являются лидерами и специализируются на выпуске микросхем для телевизионных камер. Таких компаний, имеющих собственное производство и исследовательские лаборатории, достаточно мало - Panasonic, Samsung, Sony, Sharp и некоторые другие. Как правило, видеокамеры построены на базе матриц, произведенных этими компаниями, а схемных обвязок, которые в состоянии либо сохранить параметры исходного уровня сигнала, полученного матрицей, либо ухудшить его, очень много. Таким образом, качество изображения зависит не только от одной ПЗС-матрицы, но и от уровня схемотехники, реализованной конечным производителем видеокамеры.

Дополнительное ухудшение качества изображения вносят объективы, применяемые в составе видеокамеры. В охранном телевидении используются объективы с фиксированным и переменным фокусным расстоянием (вариообъективы). Подробное описание факторов, от которых зависит качество оптики - слишком обширный вопрос, и его полное освещение выходит за рамки этой статьи. В данной связи достаточно подчеркнуть, что качество объективов зависит от таких факторов, как тип стекла, механические компоненты, конструкция, технология изготовления.

Все выпускаемые объективы можно разделить по способу управления диафрагмой - ручное и автоматическое. В объективах с автоматической диафрагмой управление происходит автоматически: в зависимости от уровня светового потока, попадающего на матрицу, меняется относительное отверстие диафрагмы объектива, через которое он проходит. Управление диафрагмой происходит через сервоусилитель. Существует одна особенность построения системы управления диафрагмой объектива с АРД. Объективы с АРД делят на две подгруппы. В первой подгруппе управление диафрагмой осуществляется видеосигналом - VD (video drive), а во второй подгруппе автодиафрагма управляется сигналом постоянного тока - DD (direct drive).

Разница между двумя подгруппами заключается в том, что в объективах, относящихся ко второй подгруппе, полупроводниковые элементы усилителя управления диафрагмой расположены на плате видеокамеры. Эта особенность построения схемы управления диафрагмой накладывает определенные требования к совместимости применяемых объективов и видеокамер, произведенных разными производителями. Но в то же время объективы с управлением диафрагмой постоянным током дешевле. На сегодняшний день, когда производители, стараясь выдержать конкуренцию на рынке, вводят дополнительные функции в видеокамеры, можно выбрать объектив с любым управлением диафрагмы. С практической точки зрения имеет смысл отдавать предпочтение известным производителям оборудования подобного типа (в зависимости от задачи) - Panasonic, Ernitec, Computar, Canon, Avenir или Tokina.

К блоку питания видеокамеры не предъявляется особых требований, но при неграмотном выборе он может повлиять на выходные параметры видеокамеры. Для ее питания используют в основном стандартный (трансформаторный) блок питания(соответствующий потребляемой мощности видеокамеры) с входным напряжением 220 (24) В / 50 Гц и выходным стабилизированным напряжением 9 В или 12 В (с пульсациями порядка 10 мВ). Этот блок питания в зависимости от модели видеокамеры может быть выносным или встроенным в корпус видеокамеры. Встроенный блок, конечно, лучший вариант с точки зрения питания, т.к. изготовлен и проверен на предприятии, где производилась окончательная сборка. Но такие видеокамеры не всегда удобны для использования в случаях, когда речь идет о применении другого питающего напряжения или при решении дизайнерских задач (отсутствие видимости кабельных линий связи, скрытность установленной видеокамеры, отсутствие удачного места для монтажа и т.п.). Тогда применяются выносные блоки питания с элементами стабилизации выходного напряжения. Это очень важный нюанс, о котором многие забывают, потому как отсутствие стабилизации напряжения питания с малым уровнем пульсаций (переменной составляющей выходного напряжения с частотой 50 Гц) очень часто является причиной наличия помех в видеосигнале или нестабильной работы видеокамеры.

Напомню еще раз, что видеокамеры можно условно разделить по дизайну на несколько типов — прямоугольные, цилиндрические и сферические. Прямоугольные камеры поставляются без объектива, а в сферических и цилиндрических уже имеется встроенный объектив с фиксированной или автоматической диафрагмой, что является законченным решением и упрощает работу пользователя. Не всегда торчащие во все стороны провода разного цвета и выделяющийся кронштейн устроят требовательного заказчика.

Общие рекомендации в зависимости от условий эксплуатации

Освещение

Хорошее освещение - одно из важных условий для получения качественного видеосигнала, особенно в цветном приложении. Источники света могут иметь естественное и искусственное происхождение. Солнце является основным естественным источником света. Цветовая температура света, отраженного от поверхности Земли, меняется от 6000 К до 20000 К в зависимости от времени суток из-за отражения и преломления света при прохождении через атмосферу. При низкой цветовой температуре изображение может приобретать красный оттенок, а при высокой - синий. Искусственные источники света - нагретая металлическая нить или свечение газа - дают разную цветовую температуру в зависимости от источника. Для правильного выбора источника искусственного освещения необходимо знать спектральную энергию источников света, человеческого глаза и ПЗС-матрицы. Подробное описание в рамках этой статьи приводить не имеет смысла, но общие рекомендации, безусловно, обязательны.

Нить накаливания из вольфрама около 3/4 энергии излучает в инфракрасной области в виде теплового излучения. Такие искусственные источники света и ИК-прожекторы подходят для совместной работы с видеокамерами, которые имеют повышенную чувствительность в инфракрасной области в черно-белом режиме. Для получения естественной цветопередачи цветных видеокамер желательно получать освещение от флуоресцентной или галогенной лампы. Но это условие необходимо выполнять только при отсутствии условий с естественным освещением. В ночных условиях большинство цветных видеокамер переходят в черно-белый режим, для которого выбор освещения был описан выше. При правильном проектировании мест расположения видеокамер источник света не должен попадать в объектив. Для этого видеокамеры желательно устанавливать как можно выше от земли и направлять в туже сторону, что и источник светового потока, но никак не навстречу. Хотя такие ситуации бывают нередко, особенно в дневное время и при сложной конфигурации периметра. В этом случае принимают определенные меры:

· не ставят серьезных задач обнаружения или идентификации;
· используется дублирующая видеокамера, которую ставят навстречу основной;
· устанавливают на видеокамеру защитную бленду.

Все эти меры можно применять по отдельности или совместно.

Температура

Для надежной эксплуатации видеокамер на улице необходимо правильно подобрать защитный термокожух, которых сейчас на рынке CCTV представлено великое множество. Большинство термокожухов отличаются друг от друга дизайном и автоматической системой подогрева, мощность которой колеблется от 10 до 40 Вт и при этом обеспечивает успешную эксплуатацию в диапазоне температур окружающей среды от -35°С до +50°С. Этот диапазон температур присутствует на ограниченной территории России. Для эксплуатации видеокамер в местах, где нижняя граница температуры опускается до -70°С (в некоторых регионах России) применяют стационарные и управляемые видеокамеры (кожухи), система подогрева которых адаптирована для работы в таких условиях, прошедшие проверку временем при эксплуатации на объектах с экстремальными климатическими условиями (сильный ветер, понижающий реальную температуру окружающей среды пропорционально 1 м/с на 1°С и другие дестабилизирующие факторы). Для эксплуатации видеокамер внутри помещений температурный диапазон практически не имеет значения, так как он редко выходит за пределы диапазона +5...+40°С и обычно колеблется около +20°С во все времена года.

Дестабилизирующие факторы

Их условно делят на два типа - естественные источники (мощные грозовые разряды, повышенная запыленность, влажность, содержание в воздухе солей и т.п.) и условия техногенного характера (заполнение эфира радиоизлучениями от передающих станций, радиация, химическое производство, взрывоопасные территории и т.п.). Для защиты видеокамеры и транслируемого видеосигнала от такого рода воздействий используют витую пару и оптоволокно, устройства грозозащиты, а также специально изготовленные корпуса из нержавеющей стали с соответствующим классом защиты. Видеокамеры, предназначенные для работы в условиях радиации высокого уровня, долго не служат, так как самым слабым местом в них является ПЗС-матрица. Эти камеры служат от нескольких месяцев до 1.5 лет (в зависимости от активности зоны излучения) и подлежат полной замене по окончании периода эксплуатации.

Общие рекомендации в зависимости от особенностей объекта охраны

Для выбора видеокамеры и формирования технического задания вам необходимо учитывать:

1. Какой участок охраняемой территории необходимо наблюдать. Это может быть строение, контрольно-следовая полоса, крыша или фасад здания, коридор, холл, кабинет, склад и т.д. Для наблюдения узких и длинных участков (контрольно-следовая полоса, коридор, фасад здания) потребуется объектив с АРД и углом обзора от 15° до 30°. Объектив с ручной/фиксированной диафрагмой не позволит получить необходимую глубину резкости. Для наблюдения за обширной территорией (крыша, холл, кабинет, склад и т.д.) необходимо установить объектив (можно и с фиксированной диафрагмой) с углом обзора от 60° до 90°. При углах обзора более 90° на изображении появляются сильные геометрические бочкообразные искажения.

2. Особенности территории наблюдения, такие, как большая площадь, ограниченные возможности прокладки телекоммуникационных линий, сложность рельефа, удаленность от центрального пункта наблюдения и т.п.

3. На каком расстоянии от центра мониторинга необходимо установить видеокамеру. Это определяет способ передачи видеосигнала и качество полученного изображения.

4. Поставленные задачи:

· наблюдение обстановки с минимальной длиной "мертвой" зоны;
· общий контроль территории;
· обеспечение высокого качества изображения днем и ночью;
· обнаружение и/или распознавание (узнавание объекта, попадающего в поле зрения, на всем протяжении участка
наблюдения);
· удаленное управление и т.д.

Описание способов решения той или иной задачи в рамках этой статьи не предусматривается. Этот творческий процесс лучше всего доверить профессионалам-проектировщикам.