Добавлен: 29.10.2023
Просмотров: 244
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Рисунок 5 - Комплект видеонаблюдения.
2.2 Выбор оборудования конкретно для частного дома
2.2.1 Выбор видеокамеры
Видеокамеры являются главным элементом любой системы видеонаблюдения, поскольку именно они формируют изображение, которое передается на видеомониоры, видеорегистраторы, квадраторы, мультипплексоры или другое оборудование. В большинстве случаев выбор типа камеры наблюдения определяется, требованиями, которые предъявляются к системе видеонаблюдения. В то же время, чаще всего в CCTV применяются черно-белые камеры, имеющие, как правило, высокую чувствительность и разрешение.
Цветные камеры наблюдения используют в системах CCTV объектов, для которых наблюдение в цвете является одним из главных требований. Они имеют более низкое по сравнению с черно-белыми камерами разрешение и чувствительность, но позволяют лучше идентифицировать объект наблюдения. Для повышения чувствительности цветные камеры наблюдения ряда производителей автоматически переходят в черно-белый режим при уменьшении освещенности. Пример видеокамеры приведён на рисунке 6.
Рисунок 6 - Пример видеокамеры
При выборе конкретной модели камеры для CCTV следует знать основные характеристики камеры наблюдения, которые определяют ее функциональные возможности, назначение и цены.
Характеристики камеры наблюдения, которые определяют ее функциональные возможности, назначение и цену:
-
ПЗС-матрица камеры наблюдения. Самым важным элементом формирования изображения в современных камерах является датчик с зарядовой связью (ПЗС). ПЗС представляет собой прямоугольную полупроводниковую пластину, на поверхности которой расположено множество независимых светочувствительных элементов (пикселей). ПЗС-матрица фокусируется объективом камеры, и электроны возбуждаются под воздействием света, падающего на полупроводники. Возбужденные электроны в каждом пикселе поочередно перемещаются к считывающему устройству, генерируя видеосигнал, который затем усиливается и обрабатывается электроникой камеры. -
Формат ПЗС-матрицы. Знание формата камеры безопасности помогает выбрать подходящий объектив для нее. Формат - это круглый диаметр (в дюймах) передающей трубки, которая может создавать такое же изображение, как и данный ПЗС-датчик; форматы включают 1", 2/3", 1/2", 1/3" и 1/4". Наиболее распространенный формат сенсора, используемый в камерах безопасности, - 1/3". Количество пикселей остается неизменным, но чем больше диагональ матрицы, тем меньше помех, меньше шума и выше качество видеосигнала. В последние годы сенсоры 1" и 2/3" получили меньшее распространение из-за высокой стоимости сенсоров и оптики и необходимости иметь соответственно более крупные объективы и оправы. -
Разрешение камеры наблюдения. Разрешение любой камеры измеряется в телевизионных линиях (ТВЛ, TVL). При этом различают разрешение камеры наблюдения по горизонтали и по вертикали. Разрешение по горизонтали - это максимальное число вертикальных линий, которое способна передать камера, например, на видеомониторы. Оно определяется в первую очередь количеством пикселей по горизонтали в ПЗС-матрице, а также электронной схемой камеры. Как правило, этот параметр не превышает число пикселей в строке умноженное на 0,75. Разрешение по вертикали определяется телевизионным стандартом - способом кодирования изображения в электронном виде. В России используются стандарты ССIR (для черно-белых камер) и PAL (для цветных камер). Оба стандарта подразумевают 625 строк по вертикали. -
Чувствительность камеры наблюдения. Чаще всего под чувствительностью камеры понимают минимальную освещенность зоны наблюдения, при которой на выходе камеры формируется видеосигнал с амплитудой 1 В и определенной глубиной модуляции при установленном отношении сигнал/шум. Кроме этого, если указано относительное отверстие объектива, при котором замерена чувствительность, то можно пересчитать количество света, падающее на ПЗС матрицы для объективов с различным относительным отверстием и сравнить чувствительность камер наблюдения. При оценке чувствительности, также надо учитывать отражательную способность объекта, т.к. светлые предметы в темноте видны лучше, чем темные. -
Автоматическая регулировка усиления. ПЗС-датчики охранных камер не всегда обеспечивают сигнал достаточной амплитуды, поэтому для усиления выходного сигнала до 1 В можно использовать автоматическую регулировку усиления (АРУ). Однако, поскольку АРУ усиливает видеосигнал, шум также усиливается, и отношение сигнал/шум остается неизменным. -
Автоматическая диафрагма и автоматический электронный спуск затвора. Камеры наблюдения в основном работают в условиях, когда освещенность объекта наблюдения часто меняется. Поэтому для получения хорошего видеосигнала от камеры необходимо поддерживать постоянное количество фотонов, попадающих на ПЗС-матрицу между двумя последовательными отсчетами. В этом случае функция автодиафрагмы камеры изменяет освещенность ПЗС-матрицы путем изменения размера входной апертуры оптики объектива. Электронный затвор камеры также изменяет время, необходимое для накопления заряда на ПЗС. Это означает, что время накопления заряда может быть установлено от 1/50 с до 1/100 000 с. Регулируя время накопления заряда от 1/50 с до 1/100 000 с, камера может работать при изменении освещенности до 2000 раз. -
Соотношение сигнал/шум. Отношение сигнал/шум указывает на качество видеосигнала от камеры наблюдения. Оно измеряется в децибелах (дБ) и соответствует десятичному логарифму отношения амплитуды напряжения видеосигнала к среднеквадратичному значению фонового напряжения, умноженному на 20. Визуально шум выглядит как "снег" на изображении камеры. Когда отношение сигнал/шум составляет 45 дБ, шум практически не заметен. Высокое соотношение сигнал/шум камер наблюдения, т.е. качество видео, достигается за счет достаточной освещенности объекта наблюдения, использования светосильной оптики, высококачественных ПЗС-матриц и цифровой фильтрации шумов в электронике камеры наблюдения. -
Компенсация встречной засветки. В системах наблюдения очень часто необходимо передать темные участки изображения на ярком фоне. Например, если навстречу камере наблюдения выезжает автомобиль с включенными фарами, то на изображении будут видны только два ярких пятна от фар. Наличие в камере компенсации встречной засветки позволяет устранить этот недостаток. В простейшем случае электронная система камеры наблюдения устанавливает автодиафрагму, электронный затвор и АРУ не по средней освещенности изображения, а по его части. Это может быть центр или область, которая задается программно. Тогда на видеомонитор будут передаваться два предельно ярких пятна от фар, а также изображение автомобиля при нормальной контрастности. Некоторые камеры наблюдения имеют АРУ, которая при обработке сигнала устраняет или ослабляет очень яркие участки изображения, поэтому все изображение будет примерно одинаковой яркости. В отличие от аналоговых, цифровые камеры наблюдения имеют электронный затвор, который выборочно выставляет различные времена экспозиции для различных частей изображения, поэтому все изображение получается одинаковой яркости и со всеми деталями.. -
Эффекты заплывания изображения камеры. ПЗС-матрицы камер наблюдения становятся очень яркими в некоторых областях при включении подсветки. Заряд, накопленный в этой области, может перетекать в соседние области матрицы, вызывая эффект "плавания". По этой причине была разработана специальная ПЗС-матрица, которая не позволяет заряду накапливаться выше определенного уровня. -
Баланс белого. Для того чтобы камера наблюдения точно передавала цвет объекта, независимо от источника освещения объекта, видеосигнал обрабатывается системой баланса белого. Параметры настройки баланса белого могут устанавливаться автоматически или вручную. При автоматическом балансе белого камера наблюдения определяет эти параметры однократно и потом использует их при дальнейшей работе. Если освещение объекта часто меняется в течение суток, то применяют камеры наблюдения с автоматическим отслеживанием баланса белого. Такие камеры непрерывно корректируют параметры настройки баланса белого. -
Гамма-коррекция Во многих видеомониторах существует нелинейная зависимость между яркостью люминофора ЭЛТ и напряжением видеосигнала от камеры наблюдения. Системы гамма-коррекции камер изменяют исходный видеосигнал, чтобы компенсировать эту нелинейную зависимость. В результате получается видеоизображение с правильной контрастностью.
2.2.2 Устройство Трансфокаторов для видеокамер
Трансфокатор - это объектив с переменным фокусным расстоянием, состоящий из собственно объектива и расположенной перед ним телескопической насадки переменного увеличения. Плавное изменение фокусного расстояния трансфокатора в заданном диапазоне достигается механическим перемещением оптических компонентов телескопической насадки. Трансфокатор CCTV позволяет многократно приближать область сильно удаленного объекта видеонаблюдения для получения его детального изображения.
Наблюдение за движущимися объектами
Как правило, камеры видеонаблюдения с зумом устанавливаются на поворотно-наклонном устройстве. Такое сочетание камеры и зума позволяет эффективно наблюдать за движущимися объектами. Зум позволяет отображать как общий вид, так и детали объекта наблюдения.
Об угле обзора
Угол обзора камеры определяется фокусным расстоянием зум-объектива и размером ПЗС-матрицы камеры. Поэтому рекомендуется подбирать зум-объектив в соответствии с размером ПЗС-матрицы, для которой он предназначен. В серийно выпускаемых видеокамерах используются матрицы размером 1/3 дюйма и 1/2 дюйма.
Фокусное расстояние.
Фокусное расстояние зум-объективов для систем видеонаблюдения можно регулировать вручную или дистанционно. Поэтому зум-объективы с ручным управлением используются в системах, где угол обзора не определяется при установке камеры, а затем требуется лишь однократная точная настройка зоны наблюдения. Зум-объективы с дистанционным управлением фокусным расстоянием используются в камерах, управляемых оператором, поскольку угол обзора можно регулировать при наблюдении за движущимися объектами. Пример трансфокатора приведён на рисунке 7.
Рисунок 7 - Трансфокатор для видеокамеры
Кратность увеличения.
Одной из наиболее важных характеристик зум-объективов CCTV является "коэффициент увеличения", определяемый как отношение максимального фокусного расстояния к минимальному фокусному расстоянию. В современных камерах с оптическим зумом изменение фокусного расстояния может быть в 30 и более раз. В сочетании с цифровым зумом видеокамер увеличение может быть в несколько сотен раз больше.
Яркость.
Другой не менее важной характеристикой зум-объектива для систем видеонаблюдения является его диафрагма. Она определяется как отношение фокусного расстояния зум-объектива к диаметру его передней линзы. Чем больше апертура, тем больше света пропускает зум-объектив и тем ниже уровень освещенности, что приводит к лучшему качеству изображения, получаемого камерой. Относительная диафрагма высококлассных зум-объективов составляет от f/1,0 до f/1,4.
Диафрагма
Диафрагма используется для регулировки светопропускания трансфокатора CCTV и обеспечения постоянного освещения ПЗС-датчика камеры. Диафрагма может быть отрегулирована вручную или автоматически. Ручная регулировка диафрагмы обычно используется в камерах видеонаблюдения внутри помещений; камеры видеонаблюдения вне помещений оснащаются трансфокаторами с автоматической диафрагмой, поскольку они обеспечивают высокое качество изображения при значительном изменении освещенности. В зависимости от способа управления автоматические трансфокуссеры диафрагмы делятся на трансфокуссеры с активацией постоянным током и трансфокуссеры с видеоактивацией. Существуют также трансфокуссеры с дистанционной фокусировкой, в которых диафрагма регулируется с помощью пульта дистанционного управления.
2.3 Устройство квадраторов систем видеонаблюдения
Квадраторы систем видеонаблюдения предназначены для вывода изображений с нескольких камер, обычно четырех, одновременно на экран монитора системы видеонаблюдения в режиме реального времени. Квадратурный компрессор делит экран монитора системы видеонаблюдения на четыре прямоугольные области, в каждой из которых отображаются изображения с видеокамеры, подключенной к соответствующему видеовходу квадратурного компрессора. Одновременно с подачей видеоинформации на монитор, изображения с квадратора поступают через него на видеорегистратор. Как правило, квадраторы устанавливаются в небольших системах видеонаблюдения в офисах, магазинах, гаражах и автостоянках.
Цифровая обработка аналогового видеосигнала
Аналоговые видеосигналы, поступающие на наборный автомат, сначала оцифровываются, а затем сжимаются до размеров соответствующей области отображения. На выходе из наборного автомата получается аналоговый видеосигнал, представляющий собой четырехквадрантный видеосигнал. Современные коммутационные машины обычно оцифровывают видеосигнал для получения конечного изображения размером 512 x 512 или 1024 x 1024 пикселей. Когда на экране четыре изображения, каждое из них имеет в четыре раза меньше пикселей, чем полноэкранное изображение. В результате качество каждого изображения, передаваемого на монитор системы видеонаблюдения и записываемого на VTR, значительно ниже, чем качество полноэкранного изображения.
Квадраторы, переключаемые в полноэкранный формат, обрабатывают видеосигнал по-разному. В наиболее простых моделях квадраторов одно из четырех ранее оцифрованных изображений просто растягивается на весь экран. В более дорогих моделях в полноэкранном режиме видеосигнал оцифровывается с максимальным возможным для данной модели разрешением.
2.4 Мультиплексоры / видео мультиплексоры
Мультиплексоры - это устройства, предназначенные для работы в составе системы видеонаблюдения. Классические мультиплексоры выполняют мультиплексирование (переключение) по времени входящих на них видеосигналов с нескольких камер видеонаблюдения и формируют два типа выходных видеосигналов: один для просмотра на мониторе видеонаблюдения, другой для записи на видеомагнитофон (видеорекордер). Пример мультиплексора приведён на рисунке 8.
Рисунок 8 - Пример мультиплексора
Видеосигналы, поступающие с выхода мультиплексора на видеомонитор, одновременно формируют на его экране изображения со всех видеокамер. Так если к мультиплексору подключено 16 видеокамер, то на экране видеомонитора будут отображаться видеоизображения с каждой видеокамеры, по одному в каждом из 16 окон. В то же время оператор может выбрать любую видеокамеру для полноэкранного отображения ее видеоинформации на видеомониторе.
Одновременно с этим, на выходе мультиплексора, подключенного к видеомагнитофону, формируются разделенные по времени мультиплексированные видеосигналы со всех видеокамер, выбранных для записи. В этом случае принцип работы мультиплексора аналогичен принципу работы последовательного коммутатора. При этом мультиплексор обрабатывает видеосигналы таким образом, что каждый следующий кадр, посылаемый на видеомагнитофон или устройство цифровой записи, исходит от следующей, как правило, по порядку подключенной к нему видеокамеры. Мультиплексоры, позволяющие либо производить обработку видеоизображений (мультиплексирование) для записи на видеомагнитофон, либо просматривать изображения подключенных видеокамер, получили название - симплексный видеомультиплексор.
Дуплексные мультиплексоры
Архитектура и принцип работы простого мультиплексора не могут одновременно выполнять две вышеперечисленные функции. Дуплексные мультиплексоры выполняют эти задачи, объединяя два мультиплексора в одном корпусе: один мультиплексор записывает видеоинформацию на VTR или цифровой рекордер, а другой мультиплексор воспроизводит живое или предварительно записанное видео на видеомониторе.
Работа мультиплексора в компьютерных сетях
Почти все дуплексные мультиплексоры оснащены сетевой картой, которая позволяет подключить их к сети Ethernet. Видео и изображения, хранящиеся на мультиплексоре, можно просматривать на компьютере, отправлять по электронной почте, сохранять и распечатывать.