4.2. Выбор камеры

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

Примеры использования камер в зависимости от технических характеристик и целей видеонаблюдения приведены в Приложении О.

При выборе телекамеры и места се установки учитываются:

- значимости зоны наблюдения;

- 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.

Требования к техническим параметрам камер:

- разрешение черно-белых камер должно быть не менее 420 ТВЛ;

- разрешение цветных камер, должно быть не менее 380 ТВЛ;

- для внешних камер (особенно при охране периметра протяженных объектов) желательно использовать низкоуровневые камеры (чувствительность лучше 0,1 люкс при количестве кадров не меньше чем 25 кадр/сек на канал), поскольку уровень освещенности на объекте может быть резко снижен в результате ухудшения погодных условий или диверсии против системы освещения;

- в перспективных системах должны использоваться мегапиксельные матрицы с прогрессивной разверткой. Камеры с прогрессивной разверткой изображение по кадру выводят сразу, в отличие от обычных камер, которые выводят изображение по полукадрам. В настоящее время камеры с прогрессивной разверткой создаются чаще всего на базе CMOS-матрицы. К сожалению, мегапиксельные матрицы на базе ПЗС создаются только в единичных случаях для использования в специальных приложениях.

Примечание. CMOS-мampuцы обладают большими шумами и низкой чувствительностью по сравнению с ПЗС- матрицами. К положительным чертам данных матриц следует отнести мегапиксельный формат (переход на структуру CMOS позволяет производить такие матрицы относительно просто и дешево), возможность высокоскоростной съемки (порядка 500 кадров/сек), вывод изображения сразу по целому кадру. Последняя особенность позволяет избежать эффекта «гребенки» при быстром перемещении объекта. Эффект гребенки возникает из-за вывода изображения по полукадрам в традиционных телевизионных форматах.

4.2.1. 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:

а - угол зрения по горизонтали;

h - размер матрицы по горизонтали, мм;

f- фокусное расстояние объектива, мм.

В таблице 4 приведены усредненные значения углов зрения камер с различными форматами матриц и объективами с разными фокусными расстояниями. (Следует заметить, что углы зрения изделий разных фирм могут несколько отличаться от приведенных в таблице).

Таблица 4

В настоящее время расчет подобных параметров производится автоматическими системами (обычно программным способом на базе ЭВМ).

4.2.2. Идентификация наблюдаемого предмета

На объектах особой важности, 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 инкассаторских машин, стоянки служебного автотранспорта и т.п.

С этой целью применяют камеры с повышенным разрешением 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 большинстве камер регулировка "баланса белого" осуществляется автоматически. В хороших камерах, 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, ТВЛ.

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 источнику света, в то время как обычная камера даст только темный силуэт. Вся автоматика в таких камерах ориентируется не на среднюю освещенность всего кадра, 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. Некоторые современные камеры имеют встроенный микрофон либо микрофон и динамик, чем обеспечивается организация соответственно симплексного или дуплексного канала аудиосвязи. Наличие аудиоканала, позволяет прослушивать охраняемую зону, что может оказаться важным при возникновении в ней тревожной ситуации.

Если видеоизображения предполагается использовать для целей криминалистических исследований, то:

- необходимо учитывать, что структура построения СОТ, подбор ее функциональных возможностей, а также выбор параметров функциональных узлов входящих в СОТ, вопросы установки СОТ, освещенность охраняемой зоны должны оцениваться с точки зрения качества записываемого изображения;

- изображения, получаемые при помощи СОТ, должны отображать максимально возможное число признаков, идентифицирующих объекты;

- СОТ с цифровым видеонакопителем должна аппаратно обеспечивать получение кадра на выходе системы не ниже 704 х 576 пикселей;

- СОТ должна обеспечивать запись на видеонакопителъ не менее 256 градаций серого;

- недопустимы недостаточная освещенность объекта, избыточная освещенность (блики, резкие тени), что делает невозможным выявление на изображении индивидуализирующих признаков объекта. Указанное требование необходимо учитывать при монтаже системы и организации освещения охраняемой зоны и наблюдаемых объектов;

- телекамеры СОТ необходимо устанавливать, по возможности, максимально близко к горизонтальной визирной линии по отношению к фиксируемому объекту наблюдения, т.е. отклонение СОТ от горизонтальной визирной линии должно составлять не более 15 градусов;

- значение разрешения системы должно составлять не менее 450 ТВЛ для цветных камер;

- значение разрешения системы должно составлять не менее 500 ТВЛ для черно-белых камер;

- быстрота реакции системы должна обеспечивать включение камеры до появления объекта в охраняемой в зоне (например, при подаче сигнала тревоги от охранного датчика);

- режим записи должен быть 25 кадров/сек по каждому каналу;

- при монтаже системы и установке режимов работы необходимо учитывать скорости перемещения объектов, находящихся в зоне видимости камеры, с тем, чтобы исключить появление нерезких смазанных изображений на записанных видеокадрах.

4.2.3. 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 (см. определение чувствительности). 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 матрице (Е_матр)- Эти величины связаны между собой выражением:



где R - коэффициент отражения объекта;

F - относительное отверстие объектива;

π -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 нее, 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.

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 в дневное время) и т.д.

В таблице 5 и 6 приведены примерные значения освещенности на объекте для средней полосы России и отражательная способность некоторых объектов.

Таблица 5

Таблица 6

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.

В настоящие время появились осветители на ярких светодиодах. Основными их преимуществами являются большая световая отдача при малом энергопотреблении, длительный срок службы. Виды светодиодных осветителей указаны в Приложении И.

В настоящие время сдерживающим фактором применения светодиодной подсветки является фактор цены. Можно с уверенностью прогнозировать, что с развитием данной технологии цена на светодиодные осветители будет снижаться.

Однако, следует обратить внимание, что с ростом световой мощности светодиодного осветителя все более актуальным становиться вопрос эффективного охлаждения светодиода. Поэтому рекомендуется выбирать светодиодные осветители, работающие не на придельных режимах по току через светодиод и имеющие эффективный радиатор.

Кроме обычного (видимого) освещения для подсветки объектов используют осветители инфракрасного (ИК) спектра. Современные матрицы камер имеют спектральную характеристику, существенно сдвинутую в область ближнего ИК-излучения, что позволяет использовать ИК-подсветку, невидимую человеческим глазом.

В большинстве современных ИК-осветителях используются ИК-светодиоды, пришедшие на смену прожекторам на основе галогенных ламп накаливания с дисперсионными фильтрами из ИК стекла, которые поглощают видимую часть спектра. В ИК-осветителях используются светодиоды со световым излучением 850-880, 920-930 и 940-950 нм. Наиболее эффективно применение осветителей с более короткой длиной волны, это связано с большей чувствительностью матриц в этом диапазоне.

Питание ИК-осветителей, следует производить от стабилизированных источников постоянного напряжения, или использовать ИК осветители имеющие встроенные стабилизаторы.

При работе с ИК-подсветкой следует обратить внимание, что коэффициент отражения различных предметов и объектов в ИК-области значительно отличается от коэффициентов отражения при дневном освещении. Так растения, косметика, материалы одежды, окраска зданий и машин могут создавать значительные искажения в полученном изображении. Этому способствует и монохромный характер излучения ИК-осветителя.

Следует учесть, что при ИК-свете изменяется фокусное расстояние объектива видеокамеры. Это может привести к размытости изображения. Поэтому необходимо проверять качество фокусировки объектива, как в дневное время, так и при ИК-свете.

При использовании телекамер со встроенными ИК-светодиодами в кожух камеры, может наблюдаться отражение ИК-излучения от защитного стекла кожуха, крупных частиц пыли и снега, находящихся перед объективом, что отрицательно сказывается на контрастности изображения, поэтому использование внешних ИК-излучателей предпочтительно (см. рис. 14).



Рис. 14 - Низкоуровневая телекамера с двумя внешними ИК-осветителями.

Примечание - в последних модификациях телекамер со встроенными ИК-светодиодами стекло объектива вынесено дальше защитного стекла ИК-светодиодов, что исключает прямое отражение ИК-излучения от него.

Следует отметить, что не одна камера, с матрицей ПЗС или КМОП, в настоящее время не обладает чувствительностью, позволяющей ей работать за счет регистрации собственного ИК-излучения таких объектов наблюдения, как: человек, машина, здание, ландшафт и т.д. То есть объектов, не имеющих собственную температуру нагрева порядка 600°С.

Поэтому любая камера требует внешнего источника освещения естественного или искусственного происхождения.

Примечание. В СОТ необходимо использование источники освещения с резервным питанием с возможностью увеличения светового потока при неблагоприятных условиях не менее чем в 3 раза.

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).

4.2.4. 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 не просматриваемой зоны не позволяли нарушителю проникнуть через нее. Если уязвимые места не просматриваются одной камерой (угол зрения которой по горизонту не должен превышать 90°), то необходимо установить несколько телекамер.

Для того чтобы избежать засветок, рекомендуется:

- не ориентировать камеру в южную сторону;

- устанавливать камеру на потолке либо на стене или в углу с наклоном ее вниз (если предполагается использовать запись с данной камеры для проведения криминалистической экспертизы, то угол наклона к горизонту не должен превышать 15°);

- использовать корпус или кожух с защитным козырьком и фильтром;

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

Если не удается уменьшить размеры не просматриваемой 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. Кроме этого, при размещении камеры нужно стремиться к тому, чтобы длина питающих и сигнальных кабелей была минимальной.

4.2.5. Скрытое наблюдение

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

В настоящее время российское законодательство не допускает использование скрытого теленаблюдения организациями и частными лицами, если они не являются органами, определенными законодательством, как органы оперативно-розыскной деятельности. Поэтому скрытое видеонаблюдение не должно противоречить Статьям 23 и 24 Конституции Российской Федерации и ФЗ "Об оперативно-розыскной деятельности" и иным законам Российской Федерации.

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 "pin-hole" 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.

Примечание. Следует отметить, что камеры с объективами "pinhole" не обеспечивают высокое разрешение, обладают низким качеством изображения, критичны к диапазону освещенностей и поэтому не подходят для целей криминалистической экспертизы видеоизображения.

4.2.6. Условия эксплуатации

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

- для внутреннего применения;

- для уличного (наружного) 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.

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 >>>