Оборудование

Телекамеры

Современные телекамеры строятся на основе использования ПЗС-матриц, поверхность которых представляет собой совокупность светочувствительных ячеек (пикселей), чем больше их количество, тем качественнее формируемое изображение. Основным параметром ПЗС-матрицы является ее диагональный размер, измеряемый в дюймах. В системах видеонаблюдения применяются в основном телекамеры с размерами ПЗС матрицы 1/4, 1/3, и 2/3 дюйма.

Одним из важных параметров телекамеры является разрешение, зависящее от числа пикселей на ПЗС-матрице и от параметров электронной схемы телекамеры. Разрешение телекамеры изменяется в телевизионных линиях. По разрешению все телекамеры делятся на два основных вида:
• телекамеры обычного разрешения: 380-420 твл
• видеокамеры высокого разрешения: 570-600 твл
У цветных телекамер разрешение несколько хуже:
• цветные телекамеры обычного разрешения: 300-350 твл
• цветные телекамеры высокого разрешения: 450-480 твл

Немаловажным параметром телекамеры является ее чувствительность, под которой обычно понимают минимальную освещенность на объекте наблюдения, позволяющую различить на видеоконтрольном устройстве (мониторе) переход от черного к белому. Чувствительность телекамер измеряется в люксах. Поскольку освещенность на объекте изменяется в течение суток, для поддержания на постоянном уровне количества света на ПЗС-матрице используют телекамеры со встроенным электронным затвором, оснащенные объективом с автоматической регулировкой диафрагмы подобны зрачку человеческого глаза: чем больше освещение, тем больше сужается диафрагма, и наоборот.

Объективы

Основным элементом любой телекамеры является объектив, важнейший характеристикой которого выступает фокусное расстояния следующим образом: чем меньше фокусное расстояние, тем больше угол поля зрения. По фокусному расстоянию все объективы можно разделить на два основных вида: короткофокусные и длиннофокусные. Обычно в системах видеонаблюдения используют объективы с фокусным расстоянием от 2,8 мм (угол поля зрения по горизонтали около 90°) до 12,0 мм (угол поля зрения по горизонтали около 20°). Как правило, короткофокусные (широкоугольные) объективы вносят нелинейные искажения в изображение, особенно заметные по краям.

В современных системах видеонаблюдения в составе телекамер используются следующие основные типы объективов:
• объективы с фиксированной диафрагмой, используемые для наблюдения внутри помещения в составе телекамер, оснащенных электронным затвором;
• объективы с автоматически регулируемой диафрагмой, используемые в составе уличных телекамер, работающих в условиях переменной освещенности;
• трансфокаторы (вариообъективы) - объективы с изменяемым фокусным расстоянием, применяемые обычно в составе уличных телекамер, размещенных на опорно-поворотном устройстве для контроля движущихся объектов;
• объективы pin-hole (игольное ушко) – объектив с вынесенным зрачком. Диаметр вынесенного зрачка обычно составляет 0,8 до 2,0 мм. Такие объективы используют в составе внутренних телекамер повышенной защищенности для скрытого наблюдения.

Гермокожухи

Более жесткие условия наружной эксплуатации систем видеонаблюдения требуют своего конструктивного решения. Камеры, используемые на открытом воздухе, помещаются в защитные кожухи, оборудованные подогревом - гермокжухи (боксы).
Гермокожухи предназначены для работы в широком диапазоне климатических условий и позволяют использовать различные комбинации телекамер и объективов. Кожух снабжен солнцезащитным козырьком (фильтром), платой для установки камеры, термостатом и коммутационной панелью. Некоторые гермокожухи имеют дополнительное оборудование - вентиляторы, дворники, омыватели стекла. Следует отметить, что импортные нагреватели не всегда отвечают нашим климатическим условиям и не всегда рассчитаны на сильные морозы.

Поворотные устройства

Поворотные устройства предназначены для телекамер с дистанционным управлением. Они обеспечивают поворот в горизонтальной (до ±365°) и вертикальной (до ±183°) плоскостях, либо только в горизонтальной плоскости. Различают поворотные устройства с постоянной и регулируемой угловой скоростью перемещения. Сигналы управления камерами преобразуются в заданные механические перемещения с помощь приемников телеметрических сигналов управления. Как правило, вместе с поворотными устройствами поставляются пульты для управления трансфокаторами объективов при необходимости получить укрупненное изображение.

Устройства инфракрасной подсветки

Для обеспечения работоспособности камеры в полной темноте, а также для скрытности видеонаблюдения используются устройства местной ИК-подсветки и ИК-прожекторы, осуществляющие облучение наблюдаемого объекта невидимыми человеку инфракрасными лучами. Однако, этим устройствам присущи и некоторые недостатки:
- устройства ИК-подсветки нельзя использовать совместно с цветными телекамерами;
- потребляемая мощность таких устройств примерно на порядок выше, чем при использовании обычного искусственного освещения для создания эквивалентной (для ПЗС-матрицы) освещенности объекта.

Мониторы

В качестве видеоконтрольного устройства в системах видеонаблюдения используются специализированные мониторы. Специализированные мониторы отличаются от обычных телевизоров высокой надежностью, намного большим временем наработки на отказ и повышенным разрешением (порядка 800 телевизионных линий). Выбор размера монитора зависит от количества телекамер, изображение от которых будет одновременно выводиться на экран. Для небольших систем видеонаблюдения (порядка 4 телекамер) разумно использовать мониторы с размером экрана по диагонали не менее 12 дюймов. Для многокамерных систем видеонаблюдения (порядка 16 телекамер) рекомендуется использовать мониторы с размером экрана не менее 20 дюймов.

Устройства обработки видеосигнала

Для управления многокамерными системами видеонаблюдения и обработки видеоизображения применяются следующие основные устройства:
• видеокоммутаторы;
• видеоквадраторы реального времени;
• видеомультиплексоры;
• матричные коммутаторы.

Видеокоммутаторы представляют собой самые простые устройства управления небольшими видеосистемами (обычно до 8 телекамер). Коммутатор позволяет выводить на экран монитора изображение от любой телекамеры системы в ручном или автоматическом режиме. В автоматическом режиме время переключения обычно регулируется от 0,5 до 60 с. Большинство видеокоммутаторов имеют "тревожные" входы для подключения внешних устройств (датчиков движения, датчиков положения двери), при срабатывании которых на экран монитора выводится изображение от телекамеры, "ответственной" за участок, где находится сработавший датчик. К выходу видеокоммутатора можно подключить устройство видеозаписи.

Видеоквадраторы реального времени (или просто квадраторы) применяются в небольших системах видеонаблюдения (до 4 телекамер) для одновременного вывода на экран монитора изображения от всех телекамер в реальном масштабе времени в режиме мультикартинки, то есть каждое изображение занимает 1/4 экрана. Практически все квадраторы обладают функциями видеокоммутатора, то есть в любой момент времени оператор может вывести изображение от одной из телекамер на полный экран. Большинство квадраторов имеют "тревожные" входы. В каждом окне мультикартинки можно задать номер телекамеры и вывести текущее время.

Видеомультиплексоры предназначены для управления работой многокамерной системы (до 16 телекамер), а также для обработки видеосигналов при записи на специализированное устройство видеозаписи и при воспроизведении. Видеомультиплексор обладает всеми функциями видеокоммутатора и видеоквадратора. В режиме мультикартинки изображение от телекамер получается дискретными, причем дискретность возрастает с числом подключенных телекамер, Это происходит из-за того, что мультиплексор производит цифровую обработку видеосигнала от каждой камеры, теряя время на обработку, и как следствие, пропуская при этом часть информации. Все видеомультиплексоры имеют "тревожные" входы для подключения внешних устройств (датчиков движения, датчиков положения двери). К мультиплексору обычно подключается основной монитор (обычно 20 дюймов по диагонали), на который выводятся изображения от всех телекамер, и дополнительный, куда обычно выводится изображение от телекамеры, контролирующей наиболее важный участок охраняемого объекта. Основным достоинством видеомультиплексора является качественная видеозапись от всех телекамер на одно устройство видеозаписи, что достигается последовательной покадровой записью от всех телекамер без ухудшения разрешения. Большинство мультиплексоров имеют встроенный детектор активности, посредством которого можно выбрать и установить зоны активности в поле зрения любой телекамеры. При изменении уровня видеосигнала в установленной зоне мультиплексор выдаст сигнал тревоги, по которому изображение от "тревожной" телекамеры выведется на монитор (обычно дополнительный), и произведет более подробную запись происходящего события на устройство видеозаписи.

Матричный коммутатор - устройство, позволяющее построить гибкую и легко настраиваемую систему видеонаблюдения. Матричный коммутатор позволяет вывести видеосигнал с одной из подключенных телекамер на любой монитор системы и/или на устройство видеозаписи. Кроме того, он позволяет программировать последовательности вывода видеосигналов на мониторы и устройства видеозаписи, а также предустановки для поворотных устройств и трансфокаторов, причем для каждой камеры задается индивидуальное время вывода на определенный монитор. Предустановки задают трансфокаторам и поворотным устройствам определенный порядок последовательных действий (например, повернуться по вертикали на 25° вверх и увеличить изображение в 12 раз, затем повернуться по горизонтали на 50° влево). Программирование матричного коммутатора осуществляется при помощи клавиатуры управления. К одному матричному коммутатору можно подключить несколько удаленных клавиатур, что позволяет организовать несколько независимых каналов управления телекамерами. Матричный коммутатор имеет RS-232 порт для подключения к компьютеру, что позволяет программировать и управлять действиями коммутатора с ПК. Матричный коммутатор оборудован "тревожными" входами для подключения охранных извещателей или детекторов движения, при срабатывании которых можно задать определенные последовательности действий коммутатора (например, включается камера, расположенная в поле действия сработавшего извещателя, изображение от нее выводится на основной монитор и одновременно происходит запись данной информации на устройство видеозаписи).

Устройства передачи видеоизображения

Для передачи телевизионного сигнала могут использоваться как проводные каналы связи (коаксиальные кабели, телефонные линии, витая пара, волоконно-оптические линии), так и беспроводные каналы: радиоканал, или ИК-канал. Наиболее стабильная и качественная работа системы возможна при использовании коаксиальных кабелей. Максимальное расстояние от телекамеры до приемника видеосигнала зависит от типа используемого кабеля и для лучших образцов не превышает 500 м. Для передачи сигнала на большие расстояния применяют видеоусилители и модемы (передатчики-модуляторы и приемники-демодуляторы). При этом видеосигнал с помощью специальной аппаратуры преобразуется, запоминается и передается с использованием модема. Время передачи может составлять от долей секунды до минуты в зависимости от требований к качеству "картинки". В настоящее время наиболее широко используются три системы передачи изображений по цифровым и обычным телефонным линиям:
- системы с компрессией изображений по принципу "условного обновления" (CR), предназначенные для передачи информации исключительно об изменении изображения от кадра к кадру;
- системы с MPEG-компрессией, в которых используют специальные алгоритмы компрессии изображений движущихся объектов;
- системы с GPEG-компрессией, которые обеспечивают независимое сжатие кадра изображения.

В специальных системах видеонаблюдения, когда требуется повышенная помехозащищенность, конфиденциальность информации и высокая разрешающая способность, применяются волоконно-оптические линии связи. Дальность действия таких систем практически не ограничена. Их относительная дороговизна обусловлена отсутствием у телекамер выхода для подключения оптоволоконного кабеля, что требует ввода в систему преобразователей электрического сигнала в оптический и обратно. Кроме этого, прокладка, сращивание и подключение таких линий достаточно сложны.

При создании мобильных и переносных систем, а также в случае невозможности или нецелесообразности прокладки кабельных линий используется радио- или инфракрасный каналы связи. Дальность передачи при этом составляет от нескольких сотен метров до нескольких километров. Однако такие системы имеют существенные недостатки: могут создавать помехи бытовому телевещанию, а сигнал в зоне действия передатчика может принимать злоумышленник. Этих недостатков лишены радиосистемы, работающие в сантиметровом диапазоне, а также инфракрасные системы. Последние не требуют разрешения на применение от Государственного комитете по радиочастотам России, однако работают в зоне прямой видимости, а их дальность действия в значительной мере зависит от оптической плотности среды (снег, дождь, туман, пыль).