4.3. Выбор телевизионной камеры

Правильный выбор телевизионных камер является принципиально самым важным моментом в проектировании системы, так как именно характеристиками камер определяются, в конечном счете, характеристики других компонентов системы и в целом ее стоимость.

При выборе телекамеры и места се установки учитываются:

категория значимости зоны;

геометрические размеры зоны;

необходимость идентификации наблюдаемого предмета;

ориентация зоны на местности;

освещенность объекта наблюдения;

расположение уязвимых мест (окон, дверей, люков и т.п.);

условия эксплуатации;

вид наблюдения - скрытое или открытое.

Для того, чтобы определить основные параметры камер, целесообразно сгруппировать зоны объекта таким образом, чтобы требования к камерам oт группы к группе были различными.

4.3.1 Категория значимости объекта

Выше уже отмечалось, что класс ТСВ выбирается в зависимости от категории значимости объекта. Это в полной мере относится и к телекамерам. Для наблюдения объектов (зон) категории А следует применять (несмотря на их высокую стоимость) высококачественные камеры черно-белого и цветного изображения ведущих специализированных фирм.

На объектах (в зонах) категории Б применяют, в основном, камеры среднего класса, а для категории В вполне оправданно применение дешевых камер южно-корейского или тайваньского производства. В некоторых случаях, когда преследуются цели, нехарактерные для данной категории объекта, могут приниматься другие решения.

4.3.2 Геометрические размеры зоны

Геометрическими размерами зоны определяется угол зрения камеры. В охране входной двери, помещений, открытых площадок применяются широкоугольные камеры с углом зрения 60 - 90° либо камеры с меньшими углами зрения, устанавливаемые на поворотных платформах. В охране периметров используются камеры с малыми углами зрения. Угол зрения камеры можно определить по формуле:

_,

где a - угол зрения по горизонтали;

      h - размер матрицы по горизонтали, мм;

      f - фокусное расстояние объектива, мм.

В табл. 5 приведены усредненные значения углов зрения камер с различными форматами ПЗС-матриц и объективами с разными фокусными расстояниями. (Следует заметить, что углы зрения изделий разных фирм могут несколько отличаться от приведенных в таблице).

Таблица 5

4.3.3 Идентификация наблюдаемого предмета

На объектах категорий А и Б, как правило, требуется идентификация личности или номера автомобиля при входе или несанкционированном проникновении в "важные" зоны, такие, например, как банковские хранилища, помещения для хранения оружия либо наркотиков, боксы для инкасаторских машин, стоянки служебного автотранспорта и т.п.

С этой целью применяют камеры с повышенным разрешением (в документации на камеру и в прайс-листах указывается какого разрешения камера - обычного или повышенного) либо камеры, оснащенные длиннофокусными объективами и имеющие малые углы зрения. Для получения более полной информации об объекте наблюдения (например, идентификации цвета автомобиля, глаз, волос, одежды и т.п.) используются камеры цветного изображения. Основное требование, предъявляемое к цветным камерам - правильная передача цветов. Для компенсации искажений цветопередачи при изменении источников света в камерах применяются специальные схемы "баланса белого". В хороших камерах регулировка осуществляется автоматически и, как правило, имеются регулировки для адаптации к разным источникам света.

Если в соответствии с геометрическими размерами зоны уже выбран требуемый угол зрения камеры, то минимальный размер объекта (детали объекта) можно определить как:

_,

где L - расстояние от камеры до наблюдаемого объекта, м;

      S - минимальный размер объекта (детали объекта), который требуется различать, мм;

      R - разрешение камеры, ТВ-линий.

На практике может оказаться, что камера с выбранным углом зрения не позволяет получить требуемую для идентификации объекта наблюдения детализацию даже при использовании камеры с повышенным разрешением, а применение камеры с меньшими углами зрения может оставить часть зоны без наблюдения. Это характерно для больших помещений и открытых площадок (например, автостоянок), а также периметров большой протяженности. В таких случаях применяют камеры с вариообъективами, позволяющими изменять фокусное расстояние и угол зрения. В, нормальном режиме, когда в зоне нет нарушения, установлено малое фокусное, расстояние объектива, камера имеет широкий угол зрения и под наблюдением находится вся зона. При возникновении тревожной ситуации в зоне (либо по желанию оператора) фокусное расстояние объектива увеличивается, позволяя "приближать" интересующий предмет (ZOOM-функция) настолько, чтобы можно было его идентифицировать. Для правильного выбора вариообъектива необходимо определить границы изменения его фокусного расстояния. Нижняя граница f_min выбирается, исходя из требуемого угла зрения камеры в нормальных условиях. Верхнюю границу фокусного расстояния f_max можно определить как

_.

Следующей важной для идентификации объекта характеристикой камеры является наличие компенсации заднего света (Back Light Compensation), которая позволяет получить, например, качественное изображение лица человека, стоящего спиной к солнцу, в то время как обычная камера даст только темный силуэт. Вся автоматика в. таких камерах ориентируется не на среднюю освещенность, а на центральную часть экрана (в очень дорогих камерах размер и положение этой области программируется специальным образом). Развитие этой идеи привело к понятию дифференциального усиления. Этот метод позволяет получить одинаково хорошее изображение даже в резко отличающихся ярких И темных областях кадра (например, различить лицо человека на переднем плане и лица или фигуры людей на заднем плане).

В последние годы все чаще вместе с видеонаблюдением используется и аудионаблюдение, что позволяет идентифицировать объект по голосу. Многие современные камеры имеют встроенный микрофон либо микрофон и динамик, чем обеспечивается организация соответственно симплексного или дуплексного канала аудиосвязи. Наличие аудиоканала, кроме этого, прослушивать охраняемую зону, что может оказаться важным при возникновении в ней тревожной ситуации. При организации совместного канала аудио- видеонаблюдения необходимо использовать специальные кабели.

4.3.4 Освещенность на объекте

Освещенность наблюдаемого объекта может быть различной и, кроме этого, может изменяться произвольным образом. Она зависит от времени суток, погоды, прозрачности воздуха. Поэтому при выборе камеры важно знать такие параметры объекта, как минимальная освещенность и диапазон изменения освещенностей. Исходя из значения минимальной освещенности, выбирают камеру с соответствующей чувствительностью. Однако здесь могут возникнуть сложности, вызванные тем, что приводимая в паспорте на камеру характеристика "чувствительность" трактуется неоднозначно. Во-первых может быть приведена освещенность, при которой камера даст "приемлемое" изображение либо нормальное изображение. Эти значения могут отличаться в 2 - 4 раза. Во-вторых ряд фирм проводят измерения без специального фильтра ИК-отсечки, что завышает чувствительность камеры. И, наконец, в одних случаях приводится освещенность на объекте (Е_об), а в других - на ПЗС-матрице (Е_матр) Эти величины связаны между собой выражением:

_,

где R - коэффициент отражения объекта;

      F - относительное отверстие объектива;

      п - 3,14159... .

Разница между этими величинами существенная; первая может превышать вторую в 10 раз.

Такая неоднозначность может привести к серьезной ошибке при выборе камеры, поэтому перед приобретением камеры необходимо выяснить, какая из величин указана в документации на неё, а более правильное решение - получить подробную консультацию у специалиста.

Следует отметить, что освещенность объекта сильно влияет на разрешение, поэтому для объектов с очень низкой освещенностью следует выбирать камеры с повышенными чувствительностью и разрешающей способностью. Кроме этого, камеры, устанавливаемые на таких объектах, должны иметь АРУ, которая обеспечивает работоспособность камеры при малой освещенности. Применять сверхвысокочувствительные камеры, представляющие собой комбинацию обычной камеры и прибора ночного видения и имеющие чувствительность в 100-10000 раз выше обычных, следует с большой осторожностью (а лучше отказаться от них) из-за высокой цены, низкой надежности и очень сложной и неудобной эксплуатации. В частности, их нельзя применять днем (и рекомендуется даже закрывать их объектив дневное, время), регулярно чуть-чуть поворачивать во избежание "вжигания" изображения, для чего необходимо применять специальные двухкоординатные устройства управления и т. п.

В табл. 6 и 7 приведены примерные значения освещенности на объекте для средней полосы России и отражательная способность некоторых объектов.

Таблица 6

Таблица 7

Еще одним способом обеспечить работоспособность камеры в условиях недостаточной освещенности на объекте является организация дежурного освещения. Самым простым и доступным является обычное освещение, которое при оснащении специальными устройствами (реле времени, фотоэлементами, охранными извещателями, реагирующими на перемещение) может включаться и выключаться по расписанию, по уровню освещенности или при приближении человека. Кроме обычного освещения для подсветки объектов используют устройства местной ИК-подсветки и ИК-прожекторы. Однако применение последних, несмотря на ряд несомненных достоинств* (высокая надежность и большой КПД, полное отсутствие видимого света, обеспечение подсветки объектов, удаленных на значительное расстояние), ограничено рядом факторов. Во-первых, они очень дороги. Во-вторых, должны давать такой же угол засветки, что и угол зрения камеры, дня чего прожектор приходится устанавливать на то же поворотное устройство, что и камеру, а, например, 500-ваттный прожектор для наружной установки весит около 10 кг! Кроме этого, его нельзя устанавливать в один кожух с камерой.

* - имеются в виду ИК-прожекторы на основе полупроводниковых излучателей.

Диапазон изменения освещенностей необходимо учитывать, как правило, при выборе камер для наружного наблюдения. Для этих целей в системах обычного применения выбирают камеры с электронным затвором или электронной диафрагмой, позволяющими компенсировать 1000 - или даже 2000-кратные превышения освещенности (диапазон регулирования 1/50 - 1/50000 или 1/50 - 1/100000), а в системах высшего и среднего классов используют объективы с автодиафрагмой* и встроенным фильтром с центральным пятном (так называемым Spot-фильтром). В закрытых помещениях освещенность меняется несильно - обычно она не превышает 500 лк, поэтому здесь, в основном, используются камеры с электронным затвором, обеспечивающим диапазон регулирования выдержки 1/50-1/10000 (200-кратное перекрытие). Только в особых случаях в камерах для внутреннего применения используются объективы с автодиафрагмой.

* - современные объективы, в связи с уменьшением их габаритов, имеют, как правило, прямоприводное управление (direct drive), поэтому камера должна иметь встроенную электронику для управления объективом. Кроме этого, не рекомендуется использовать электронную диафрагму совместно с объективами с автодиафрагмой, т.е. камера должна иметь возможность отключения электронной диафрагмы.

4.3.6. Размещение камеры в наблюдаемой зоне

Важную роль в обеспечении нормальной работы камеры играет выбор места установки камеры на объекте. При этом нужно обратить внимание на два момента. Во-первых, следует, по возможности, исключить засветки объектива прямым или отраженным солнечным светом либо мощными источниками искусственного освещения, например, прожекторами. И, во-вторых, нужно ориентировать камеру таким образом, чтобы в поле зрения попадали все уязвимые места (окна, двери, люки и т.п.), а размеры непросматриваемой зоны не позволяли нарушителю проникнуть через нее.

Для того, чтобы избежать засветок, рекомендуется:

не ориентировать камеру в южную сторону;

устанавливать камеру на потолке либо на стене или в углу с наклоном её вниз;

использовать корпус или кожух с защитными козырьком и фильтром;

не направлять камеру на блестящие, хорошо отражающие свет предметы (зеркала, лужи и т.п.), окна и наружные двери.

Размер непросматриваемой камерой зоны L можно определить как:

где h - высота установки камеры;

      B - угол между оптической осью камеры и вертикалью;

      a - угол зрения камеры в вертикальной плоскости

Если не удается уменьшить размеры непросматриваемой зоны до такой степени, чтобы в ней не мог перемещаться человек, камеру следует устанавливать в таком месте, чтобы в эту зону не попадали уязвимые места - окна, двери и т. п. (рис. 1). Кроме этого, при размещении камеры нужно стремиться к тому, чтобы длина питающих и сигнальных кабелей была минимальной.

Рис. 1

4.3.7 Скрытое наблюдение

В некоторых случаях требуется организовать на объекте скрытое наблюдение (например, за сотрудником, подозреваемым в нелояльности).

Для этих целей выпускаются специальные малогабаритные камеры (как правило, бескорпусные). Такие камеры оснащаются миниатюрными объективами с микрозрачком (типа "Pinhole"). При недостаточной освещенности объекта наблюдения в этих случаях используют устройства ИК-подсветки, так как обычное, освещение здесь, очевидно, не годится. Сама камера устанавливается в стене или на внешней стороне стены помещения, а объектив вводится в маленькую дырочку в стене, К недостаткам объективов "pinhole" можно отнести их небольшую светосилу. Кроме малогабаритных камер, иногда для скрытого наблюдения, когда требуется сравнительно высокое качество изображения используют обычные (конечно, не очень большие по габаритам) камеры с достаточно хорошими объективами. Камеры тщательно камуфлируются под различные предметы, которые не вызывают подозрений (например, громкоговорители, плафоны и т. п.) и не привлекают внимания*. Место установки камеры выбирается таким образом, чтобы оно не находилось постоянно или в течение длительного времени в поле зрения человека, за которым ведется наблюдение.

* - для этих целей некоторыми фирмами выпускаются специальные кожухи.

4.3.8 Условия эксплуатации

Как уже отмечалось, по условиям эксплуатации камеры можно разделить на камеры:

для внутреннего применения;

для внешнего применения;

для применения в особых условиях.

Камеры для внутреннего применения эксплуатируются в сравнительно хороших условиях: температура и влажность в помещении, если и изменяется, то в весьма небольших пределах, поэтому каких-то особых требований к камерам с этой точки зрения не предъявляется. Если требуется (например, в помещениях зданий, являющихся архитектурными памятниками), применяются декоративные кожухи, которые могут изготавливаться по спецзаказу. Кожухи применяются также в тех случаях, когда необходимо скрыть или хотя бы не афишировать наличие камер. Выбор кронштейнов и поворотных устройств также не представляет сложности, так как для них не требуется специального антикоррозионного покрытия, а сами камеры имеют небольшой (как правило, порядка 500 г) вес. Цены на устройства оснащение камер для внутреннего применения невысоки и примерно одинаковы для всех фирм-производителей. Единственно на что необходимо обратить внимание - это соответствие конструктивных характеристик этих устройств (размеров свободного пространства кожухов, способов крепления камеры, углов поворота, допустимой весовой нагрузки и т.п.) конструкции камеры.

Камеры для наружного наблюдения работают в более сложных условиях. Широкий диапазон изменения освещенности, температуры и влажности окружающего воздуха, дождь, снег, туман, ветер оказывают чрезвычайно неблагоприятное воздействие на работу камеры, аппаратуры телеметрии, поворотных устройств и кронштейнов. Поэтому уличная камера всегда размещается в герметичном кожухе, имеющем термостат и солнцезащитный козырек, иногда - вентилятор, очистители стекла и т.п. Кронштейны имеют усиленную конструкцию, так как вес камеры в гермокожухе вместе с поворотным устройством и, иногда, ИК-прожектором достигает 20 - 30 кг, и, кроме этого, должны выдерживать ветровые нагрузки, обледенение и т.п. Все устройства оснащения камер для наружного наблюдения имеют антикоррозионное покрытие, устойчивое к воздействию солнечной радиации. Жесткие требования к конструктивному исполнению этих устройств определяют их весьма высокую стоимость.

К особым условиям работы камеры могут относиться различные факторы: возможность умышленного повреждения камеры, запыленность, пожаро- и взрывоопасность помещения, наличие паров или конденсата агрессивных веществ, повышенный уровень радиации и т.п. Поэтому выбор оснащения камер, работающих в особых условиях, производится строго индивидуально.

В зависимости от условий применения камеры выбирается также тип кабелей и проводов, распределительных и коммутационных коробок.

Далее >>>