АБ-420, АБ-421, АБС-423
Новосибирск – 2017
1. Цель работы
1.1. Знакомство с оборудованием, которое используется при создании аналоговых систем видеонаблюдения.
1.2. Знакомство с возможностями компьютерного комплекса на основе оборудования AceCop.
1.3. Построение системы видеонаблюдения в соответствии с поставленной задачей.
1.4. Исследование характеристик видеосигнала.
2. Краткие сведения из теории
Телевизионная система наблюдения – это совокупность устройств, образующих замкнутую систему, предназначенную для передачи, хранения и воспроизведения визуальной информации о состоянии охраняемых зон, помещений и территории объекта. ТСН может быть как самостоятельным средством безопасности объекта, так и входить в состав интегрированным звеном системы безопасности.
Широкое распространение систем наблюдения началось примерно 20-25 лет назад. Это связано с развитием электронной элементной базы. Только появление микросхем большой степени интеграции позволило создать устройства с достаточной надежностью и приемлемой ценой.
Говоря о системах наблюдения необходимо отметить, что они разделяются по разным принципам на несколько групп. По принципу получаемой видеоинформации делят на системы тепловидения и системы видеонаблюдения. Различие этих систем объясняется, прежде всего, использованием двух типов чувствительных элементов, применяемых для получения изображений (тепловизоры и видеокамеры). По способу передачи видеоинформации в системах их делят на три типа:
- аналоговые
- HD-SDI, AHD и т.п.
- IP-видонаблюдение.
Основные компоненты ТСН:
1. Устройства получения изображений (видеокамеры, тепловизоры).
2. Каналы передачи информации (проводные и беспроводные).
3. Устройства передачи телевизионного сигнала.
4. Устройства обработки и коммутации (свитчеры, квадраторы, мультиплексоры, матричные коммутаторы, маршрутизаторы и другие сетевые элементы).
5. Устройства отображения (мониторы).
6. Устройства регистрации (видеорегистраторы, видеосерверы, видеомагнитофоны).
7. Дополнительные устройства: блоки питания, бесперебойники, устройства крепления, позиционирования и обеспечения рабочих условий (кронштейны, поворотники, климатические и защитные кожухи), грозозащиты, прожектора и подсветки.
2.1. Устройства получения изображений
Принцип действия тепловизионных приборов основан на преобразовании естественного теплового излучения от объектов и местности в видимое изображение. Рабочая область спектра большинства тепловизионных приемников 8 … 12 мкм. Обязательным условием его формирования является наличие температурного контраста между объектом и местностью (фоном), а в пределах контура объекта – между его отдельными элементами. Современные тепловизионные приборы способны воспринимать температурные контрасты до 0,05 – 0,1 К (Кельвина).
Тепловизионные приборы имеют целый ряд достоинств: обеспечение больших дальностей видения независимо от уровня естественной освещенности, что позволяет им работать круглосуточно, возможность работы в условиях интенсивных световых помех и до определенной степени – при пониженной прозрачности атмосферы (туман, дождь, снегопад, пыль, дым и пр.).
Эти приборы способны воспринимать тепловое излучение от объектов через среды, непрозрачные для видимого или ближнего инфракрасного (ИК) излучения, но прозрачные для теплового излучения: листва, маскировочные сети, небольшой слой земли, нагромождение предметов и пр. Это дает возможность наблюдать замаскированные или скрытые объекты.
Недостатком тепловизионных систем наблюдения является меньшая разрешающая способность, несовпадение получаемого изображения с реальным внешним видом объекта, необходимость принудительного охлаждения приемников, как следствие сложность конструкции и высокая цена.
Камеры систем видеонаблюдения работают в видимой области спектра и в близком инфракрасном диапазоне: 1мкм (инфракрасный диапазон) … 0.4 мкм (видимый свет синего цвета). Изображение, получаемое с камер, соответствует тому, что человек воспринимает невооруженным взглядом. Но для обеспечения круглосуточной работы необходимо принимать специальные меры (дополнительное освещение). Дождь, туман, снег, пыль очень сильно уменьшают дальность наблюдения и качество получаемого изображения.
Преобразователи оптического сигнала в электрический для видеокамер называют ПЗС-матрицами. Это расшифровывается как прибор с зарядовой связью. ПЗС-матрицу можно рассматривать как двумерный массив из светочувствительных ячеек. Не вдаваясь в тонкости построения ПЗС отметим, что они могут работать в трех режимах: накопления, хранения, считывания. Увеличение длительности периода накопления способствует регистрации слабых оптических сигналов, но при наличии в поле зрения ярких источников света может произойти засветка изображения. Кроме того, при большом времени накопления видеокамера будет некорректно отображать движущиеся объекты. Для считывания информации о яркости отдельных участков зоны обзора камеры на управляющие выводы ПЗС подают определенную последовательность импульсов. При этом значение заряда перемещается между соседними ячейками ПЗС по направлению к внешнему выводу. Необходимую последовательность управляющих импульсов (с необходимыми длительностями и значениями амплитуд) формирует модуль опроса матрицы. Использование эффекта переноса заряда позволяет делать ПЗС матрицы с небольшим количеством внешних выводов при большом количестве светочувствительных ячеек. Характеристики ПЗС-матриц влияют на следующие параметры видеокамер: чувствительность, цветовая гамма формируемого изображения, разрешение. Как правило, более чувствительные ПЗС-матрицы устанавливаются в видеокамеры, предназначенные для работы с объективами с автоматической регулировкой диафрагмы. Это позволяет избежать засветок изображения в дневное время и обеспечивает формирование нормального изображения в ночное время. По цветовой гамме формируемого изображения камеры бывают черно-белые и цветные. Цветные камеры дают больше информации наблюдателю, но имеют более высокую цену и меньшее разрешение по сравнению с черно-белыми. Это связано с тем, что для формирования цветного изображения за один пиксель изображения принимаются три ячейки ПЗС-матрицы перед которыми на пути светового потока устанавливаются светофильтры: красный, синий, зеленый. В результате для формирования изображения с одинаковым, по сравнению с черно-белыми камерами разрешением необходимо создать матрицу с количеством ячеек в три раза больше.
В зависимости от принципа передачи сигнала и его обработки дальнейшая техническая реализация видеокамеры различается.
Значения заряда при помощи усилителя преобразуются в напряжение, которое поступает на схему формирования выходного сигнала. Информация от камеры к устройствам отображения передается в последовательном виде. Каждый кадр, соответствующий изображению на ПЗС матрице передается в построчно. Затем производится передача следующего кадра. Скорость передачи кадров, при которой изображение воспринимается наблюдателем как непрерывное, равна 25 кадров/секунду. Подобный формат передачи данных называется «аналоговым» видеосигналом. Аналоговый видеосигнал содержит в своем составе помимо информации об интенсивности засветки каждого пикселя ПЗС матрицы служебные сигналы. Это кадровые и строчные импульсы. Они необходимы для синхронизации работы устройств отображения информации (мониторов, модулей оцифровки видеосигнала, видеомагнитофонов и т.д.).
В IP-камерах при помощи специального контроллера происходит преобразование сигналов от ПЗС в сетевой протокол для дальнейшей транспортировки информации по цифровым каналам.
В камерах стандартов HD-SDI, AHD и им подобным сигналы от ПЗС также преобразуются в соответствующий вид.
Тепловизоры и видеокамеры имеют практически одинаковую структуру и различаются только матрицей, с помощью которой производится преобразование теплового или оптического сигнала в электрический, и конструкцией фокусирующей системы. На рис.1 показана блок-схема тепловизора или видеокамеры. Элементы, характерные только для тепловизоров, показаны пунктирной линией.
Опишем функции, выполняемые отдельными элементами, и физические принципы их работы.
Рис.1.
1. Фокусирующая система (объектив)
2. Преобразователь теплового или оптического сигнала в электрический (матрица)
3. Охладитель (только для тепловизоров)
4. Система регенерации охладителя (только для тепловизоров)
5. Модуль опроса матрицы
6. Усилитель сигнала
7. Модуль формирования выходного сигнала.
Фокусирующие системы называют объективами. Для видеокамер и тепловизоров объективы различаются материалами, из которых делают их детали (линзы). Объективы тепловизоров могут изготавливаться из оптически непрозрачных материалов, тем не менее, хорошо пропускающих и преломляющих тепловые лучи. Объективы видеокамер изготавливают из высококачественных сортов стекла со сложными многослойными покрытиями. Основная задача объектива, формирование изображения на светочувствительном элементе. На рис.2 изображена примерная конструкция простейшего объектива. Пунктирными линиями обозначены элементы, которые улучшают конструкцию простейшего объектива, обладающего низкими характеристиками.
Рис.2.
1. Корпус
2. Линзы
3. Диафрагма.
4. Световой поток
5. Фокусное расстояние объектива.
Корпус служит для конструктивного объединения элементов объектива, придает ему необходимую прочность и защищает от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды. Линзы служат для согласования размеров изображения с размерами чувствительного элемента, то есть формированию правильного изображения на светочувствительном элементе. Это возможно благодаря явлению преломления. Суть этого явления в том, что проходя через границу двух сред (воздух, стекло) оптический луч изменяет направление своего движения на величину так называемого угла преломления. Пример этого показан на рис.3.
Рис.3.
Преломление светового потока на линзах позволяет формировать необходимую траекторию его прохождения через объектив и попадание на матрицу.
Использование объективов с одной линзой имеет один главный недостаток: сильную аберрацию. Явление аберрации выражается в том, что в центре изображение более четкое, чем по краям. Кроме того, на краях изображения происходит искажение цветопередачи. Обусловлены подобные явления различным углом преломления для различных длин волн и разными путями, проходимыми лучами в материале линз. В связи с этим, объективы делают из двух и более линз, что сильно уменьшает проявление эффекта аберрации и значительно улучшает другие оптические характеристики (дисторсия, светопропускание и т.п.). Диафрагма служит для регулирования интенсивности оптического потока, падающего на чувствительный элемент.
Объективы для видеокамер классифицируются по следующим признакам:
Фокусное расстояние
Относительное отверстие
Тип крепления
Наличие АРД
Размер формируемого поля изображения
1. Фокусное расстояние объектива указывается в миллиметрах для конкретного формата матрицы и при прочих равных условиях определяет угол зрения. Более широкий угол обеспечивается меньшим фокусным расстоянием. И, наоборот — чем фокусное расстояние больше, тем меньше угол зрения объектива. Нормальный же угол зрения ТВ камеры эквивалентен, углу зрения человека, при этом объектив имеет фокусное расстояние, пропорциональное размеру диагонали матрицы ПЗС. Не стоит забывать, что для разных диагональных размеров матриц один и тот же объектив будет иметь различный угол обзора, различное разрешение и распределение яркости по полю изображения.
2. Относительное отверстие объектива - отношение диаметра светового отверстия объектива к величине главного фокусного расстояния. Простые объективы имеют постоянное относительное отверстие. Обычно объектив с АРД имеет два значения относительного отверстия (1:F) или апертуры. Полностью открытая диафрагма - F минимально, максимальное F - диафрагма закрыта. Значение F влияет на оптические характеристики выходного изображения. Малое F означает, что объектив пропускает больше света, соответственно, камера лучше работает в темное время суток. Объектив с большим F необходим, при высоком уровне освещенности. Такой объектив будет препятствовать “ослеплению” камеры, обеспечивая нормальный уровень сигнала даже в солнечный день на отражающих поверхностях. Высокие значения минимального относительного отверстия обеспечивают больший динамический диапазон рабочих освещенностей, при применении высокочувствительных камер. Многие объективы с автодиафрагмой используют фильтр нейтральной плотности для увеличения максимального F. Он представляет собой механически вводимое в оптическую систему объектива серое стекло, уменьшающее яркость изображения в 8, 16, 32 и т.д. раз. Апертура (F) влияет так же и на глубину резкости.
Глубина резкости показывает, какая часть пространства находится в фокусе. Большая глубина резкости означает, что большая часть поля зрения находится в фокусе (при закрытой диафрагме возможно достижение бесконечной глубины резкости). Малая же глубина резкости позволяет наблюдать в фокусе лишь небольшой фрагмент поля зрения. На глубину резкости влияют определенные факторы. Так, объективы с широким углом зрения обеспечивают, как правило, большую глубину резкости. Высокое значение F свидетельствует также о большей глубине резкости. Наименьшая глубина резкости возможна ночью, когда диафрагма полностью открыта (поэтому объектив, сфокусированный в дневное время, ночью может оказаться расфокусированным).
3. Наибольшее распространение получили три типа крепления объективов. М12*0,5 – резьбовое соединение, используемое чаще всего в модульных и малогабаритных камерах. C-mount (C-резьба) - резьба 2,54x0,8 и расстояние до опорной плоскости ПЗС-матрицы 17,5 мм и CS-mount (C-резьба) - резьба 2,54x0,8 и расстояние до опорной плоскости матрицы 12,5 мм. Этот тип крепления находит большее распространение в камерах стандартного дизайна. Для установки объектива с “C” – резьбой на камеры с “CS” резьбой создано специальное переходное кольцо “C/CS”.
4. Объективы с ручной диафрагмой в основном используются для помещений, где уровень освещенности постоянный. Объектив с автодиафрагмой служит для достижения требуемого качества изображения. Видеоуправление (VD) представляет собой электронную схему видеодетектора, преобразующего видеосигнал в сигнал управления двигателем диафрагмы. Объективы с непосредственным управлением (DD) содержат усилитель постоянного тока и электродвигатель диафрагмы, сигнал управления поступает с камеры. Решающим фактором в выборе типа объектива является тип выхода управления на камере. Современные камеры имеют в большинстве случаев оба типа выхода.
5. Размер формируемого поля изображения влияет на совместимость объективов и камер по диагонали светочувствительного элемента. При этом оптимально использовать объектив с камерой, которая имеет соответствующий размер диагонали. Если же размер поля изображения объектива меньше диагонали матрицы, то произойдёт затемнение видеокартинки от камеры по углам. При большем размере поля изображения объектива, чем диагональ матрицы, мы фактически не полностью используем разрешающую способность оптической системы объектива. Этот случай менее страшен, чем предыдущий, но при использовании камер высокого разрешения может внести свою лепту в ухудшение характеристик изображения.
Исходя из всех вышеперечисленных признаков и особенностей функционального применения, принято делить все объективы на пять больших групп:
1. Объективы с постоянной диафрагмой и постоянным фокусным расстоянием. Самые распространенные объективы для камер, используемых внутри помещений. Объективы это типа выпускаются с разными значениями фокусных расстояний, то есть имеют разные значения углов обзора. Это позволяет подобрать объектив таким образом, чтобы получить требуемый масштаб контролируемого камерой пространства.
2. Объективы с ручной диафрагмой и постоянным фокусным расстоянием. Это объективы подобные тем, которые использовались в старых фотоаппаратах. В современных системах наблюдения практически не применяются, но встречаются в системах, введенных в эксплуатацию ранее.
3. Объективы с АРД и постоянным фокусным расстоянием. Объективы этого типа чаще всего используются в системах наблюдения эксплуатирующихся в уличных условиях. Для регулировки диафрагмы используется видеосигнал с камеры, на которую устанавливается объектив. При уменьшении амплитуды видеосигнала диаметр диафрагмы увеличивается, и количество света поступающего на чувствительный элемент увеличивается. При увеличении амплитуды видеосигнала происходит обратный эффект, диаметр диафрагмы уменьшается. Объективы это типа выпускаются с разными значениями фокусных расстояний, то есть имеют разные значения углов обзора.
4. Объективы с АРД и переменным фокусным расстоянием. Данные объективы отличаются от описанных в предыдущем пункте тем, что имеют органы регулировки, позволяющие при монтаже камер изменять фокусное расстояние в широких пределах. Это позволяет использовать в системе наблюдения объективы одного типа, устанавливая фокусное расстояние в зависимости от условий наблюдения в каждой точке установки камеры. По сравнению с объективами с подстраиваемым фокусным расстоянием имеют большее значение оптических искажений. Система регулировки диафрагмы подобна описанной в предыдущем пункте. Недорогие объективы этого типа имеют сложности при настройке, выражающиеся во взаимном влиянии регулировок фокуса и фокусного расстояния.
5. Трансфокаторы - это моторизованные объективы с переменным фокусным расстоянием и АРД. Плавное изменение фокусного расстояния трансфокатора в заданном диапазоне достигается механическим перемещением оптических компонентов. В этих объективах органы регулировки соединены с исполнительными элементами, как правило, электромоторами. Это позволяет изменять фокусное расстояние и соответственно угол обзора в процессе эксплуатации системы наблюдения дистанционно. Таким образом, есть возможность уточнять особенности окружающей обстановки, например, рассмотреть номер подъехавшего автомобиля. Трансфокатор позволяет многократно приближать область сильно удаленного объекта видеонаблюдения для получения его детального изображения. Фокусировка также реализуется моторным приводом соответствующего оптического блока. Для трансфокаторов особенно важна светосила при максимальных значениях фокусного расстояния, и лучшие модели имеют значение 1:2,8. Как правило, трансфокаторы устанавливаются на видеокамеры, размещенные на поворотном устройстве. Такая комбинация видеокамеры и трансфокатора позволяет эффективно наблюдать за движущимися объектами. При этом трансфокатор обеспечивает изображение объекта видеонаблюдения как общим планом, так и всех его деталей. Одной из основных характеристик трансфокатора является кратность увеличения, определяемая отношением максимального фокусного расстояния к минимальному. Наиболее совершенные оптические трансфокаторы имеют кратность изменения фокусного расстояния 30 и более раз. Для эффективного использования возможностей сильных увеличений требуется устанавливать трансфокатор на массивное и прочное основание, исключающее вибрацию или на гироплатформу. Современная реализация комбинации трансфокатора, камеры и поворотного устройства легко размещается в едином корпусе и представляет собой многофункциональную камеру купольного исполнения.
2.2. Каналы передачи информации
В большинстве систем видеонаблюдения возникает необходимость передачи видеоинформации от телекамер к оборудованию установленному на постах охраны - мониторам, мультиплексорам, коммутаторам, квадраторам, видеомагнитофонам и другим устройствам системы видеонаблюдения. При этом расстояние, на которое осуществляется передача видеосигнала, может составлять от десятков метров до десятков километров. Не следует также забывать, что кроме непосредственно видеосигнала в системе видеонаблюдения бывает нужно передавать отдельные аудиоканалы и данные телеметрии (данные управления функциями оптики и поворотного устройства телекамеры - фокусом, диафрагмой, поворотом, наклоном, масштабированием и др.).
Используемые каналы передачи можно разделить на два типа: проводные и беспроводные.
К проводным относятся коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно. Беспроводные каналы передачи: радиоканал и ИК-канал.
При передаче видеосигнала по коаксиальному кабелю на расстояние свыше 300 м качество видеосигнала ухудшается - происходит потеря уровня сигнала, могут возникать частотные искажения, которые приводят к снижению четкости изображения. Чтобы избежать этого, необходимо через каждые 250-300 м устанавливать так называемые магистральные усилители видеосигнала.
При использовании витой пары возможна передача видеосигнала на расстояние до 1,5-3 км без существенного искажения, но при этом требуются специальные приемники и передатчики. Оборудование, использующее витую пару, симметрирует видеосигнал, обеспечивая устойчивость к помехам, создаваемым внешними источниками.
Волоконно-оптические линии устойчивы к электромагнитным и радиочастотным помехам, обеспечивают передачу видеосигнала на расстояние до десятков километров без использования усилителей видеосигнала и, особенно, эффективны для систем видеонаблюдения территориально-распределенных объектов. При этом передача видеосигнала осуществляется с высоким разрешением и без потери качества. Кроме того, волоконно-оптические системы отличаются высокой пропускной способностью и практически полностью исключают возможность несанкционированного доступа к передаваемым видеосигналам и другой информации. Несмотря на то, что волоконно-оптические системы достаточно дороги, при увеличении дальности передачи видеосигнала стоимость волоконно-оптической системы становится меньше стоимости системы с использованием коаксиального кабеля, укомплектованной усилителями видеосигнала, корректорами частотных искажений и другим оборудованием.
Использование ИК-канала ограниченно дальностью устойчивой связи и широкого применения не нашло. Радиоканал напротив, часто используется особенно для передачи сигналов от сетевых камер по различным интерфейсам. Прямая передача видеосигнала по радиоканалу используется не часто в связи с отсутствием специальных диапазонов и общей доступности к перехвату.
2.3. Устройства передачи информации
Для передачи видеосигнала на расстояния до 300 метров по коаксиальному кабелю специальные устройства практически не требуются. При больших расстояниях необходимо применять усилители. В свою очередь усилители видеосигнала требуют подводки электропитания к месту установки и снижают соотношение сигнал/шум, что также сказывается на качестве видеосигнала. (Для повышения отношения сигнал/шум усилители видеосигнала желательно располагать как можно ближе к телекамере.)
При передаче по витой паре требуется применение специального оборудования. Передатчик обеспечивает преобразование и передачу несимметричного сигнала, передаваемого по коаксиальному кабелю от телекамеры, к симметричному, передающемуся по витой паре. А приемник, соответственно, преобразует симметричный сигнал к несимметричному для передачи к оборудованию поста видеонаблюдения. В целом, прокладка кабеля "витая пара" обходится существенно дешевле, чем монтажные работы по прокладке коаксиальных или волоконно-оптических линий. Кроме того, в случае обрыва линии, ее можно легко восстановить - достаточно соединить проводники пар обычной скруткой. Само оборудование требует определённых навыков настройки, связанных, прежде всего, с его согласованием при различных расстояниях между передатчиком и приемником.
Использование витой пары позволяет производить передачу различных сигналов - видеосигнала, аудио, управления, телефонии и пр. При этом количество передаваемых по одному кабелю сигналов ограничивается только числом витых пар в кабеле.
Обычно волоконно-оптические системы передачи видеосигнала включают передатчики видеосигнала, осуществляющие преобразование электрических сигналов в оптические, и приемники видеосигнала, производящие обратное преобразование.
2.4. Устройства обработки и коммутации
Устройства обработки видеосигналов - это приборы, обрабатывающие видеоизображения, получаемые от нескольких видеокамер, анализирующие изображение и передающие их в заданном формате на видеомонитор. В зависимости от типа используемых видеокамер применяются чёрно-белые или цветные устройства обработки видеосигналов.
Последовательный коммутатор (свитчер) – устройство, предназначенное для поочерёдного подключения нескольких камер к одному монитору с заданным интервалом переключения.
Квадраторы - устройства для одновременного вывода на видеомонитор изображений от нескольких видеокамер. Квадратор делит экран монитора видеонаблюдения на четыре (реже восемь) прямоугольных области, в каждой из которых помещается изображение от видеокамеры, подключенной к соответствующему видеовходу квадратора. Одновременно с выводом видеоинформации на монитор, изображения через квадратор поступают на видеомагнитофон. Ввиду того, что картинок на экране четыре, количество пикселей каждого изображения в четыре раза меньше, чем полноэкранного. И, следовательно, качество каждого изображения, которое передается на монитор видеонаблюдения и записывается на видеомагнитофон, заметно хуже, чем полноэкранного.
Существует достаточно широкий спектр дополнительных функций, встречающихся у различных моделей квадраторов. К таким функциям относятся: цифровое увеличение изображения на экране монитора видеонаблюдения, автоматическое и ручное "замораживание" кадра, балансировка яркости изображений всех видеокамер для создания равнояркого квадрированного изображения, выход реле тревоги, защита от несанкционированного доступа, возможность дистанционного управления, функция контроля пропадания видеосигнала.
Мультиплексор - устройство для последовательной записи изображений от 4 до 32-х видеокамер на видеорегистратор (видеомагнитофон) и вывода этих изображений на монитор. Видеосигналы, поступающие с выхода мультиплексора на видеомонитор, одновременно формируют на его экране изображения со всех видеокамер. 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. При этом изображения записываются в полном разрешении, но с уменьшенной в N раз частотой кадров (где N – количество каналов мультиплексора).
Основные режимы работы мультиплексора:
1. Запись изображения от камеры (источника видеосигнала)
2. Просмотр записей, сделанных ранее
3. Мультиэкранное наблюдения в реальном времени
В зависимости от своих возможностей мультиплексоры бывают, соответственно, симплексные, дуплексные и триплексные.
Симплексные – могут работать только в одном из вышеперечисленных режимов.
Дуплексные – работают одновременно в двух из вышеперечисленных режимов.
Триплексные – работают одновременно в трех из вышеперечисленных режимов.
Многие мультиплексоры имеют встроенный детектор движения с настраиваемой чувствительностью. При появлении активности в зоне видеонаблюдения и срабатывании детектора движения, изображение с соответствующей видеокамеры будет автоматически переключено в полноэкранный режим просмотра на видеомониторе. При записи на видеомагнитофон кадры от этой камеры получают повышенный приоритет и записываются чаще, чем от других видеокамер.
Существует также маскирование изображения. Возможность маскирования (запрещения показа) изображения от выбранных камер. Эта возможность используется для запрета наблюдения изображения от некоторых камер пользователем низшего ранга. При этом запись изображения от этих камер все равно производится.
Матричные коммутаторы - устройства для вывода изображений от любой видеокамеры системы видеонаблюдения на любой из подключенных видеомониторов или видеорегистраторов. Обычно, они используются в крупных системах видеонаблюдения с числом видеокамер более 32-х.
2.5. Устройства отображения
Видеомониторы CCTV предназначены для круглосуточного и высококачественного отображения изображений с видеокамер или с устройств обработки видеоизображения.
В зависимости от используемых видеокамер и устройств обработки применяются чёрно-белые или цветные видеомониторы. Черно-белые видеомониторы обычно имеют более высокое разрешение и контрастность, чем цветные. В свою очередь цветные видеомониторы позволяют лучше идентифицировать объекты видеонаблюдения.
Основные характеристики мониторов: размер экрана по диагонали, разрешение по горизонтали, яркость и контрастность, линейность развертки и размер по вертикали, согласующая нагрузка.
Разрешение является одной из основных характеристик видеомонитора. Этот параметр определяется максимальным числом отображаемых переходов от черного цвета к белому и измеряется в телевизионных линиях (ТВЛ). Разрешение по вертикали равно 525 строк (NTSC) или 625 строк (PAL), а разрешение по горизонтали выбирается из тех соображений, что видеомонитор не должен ухудшать общее разрешение системы. При использовании в системе видеонаблюдения обычных видеокамер, видеомонитор должен иметь разрешение не менее 700 ТВЛ (черно-белый) и не менее 400 ТВЛ (цветной).
Источники видеосигнала и коаксиальные кабели, используемые в системах видеонаблюдения для подключения, например, видеокамеры к видеомонитору, рассчитаны на нагрузку 75 Ом, что требует такого же сопротивления и у видеомонитора для стопроцентной передачи энергии и хорошего, без переотражений, воспроизведения сигнала. Если же видеомонитор не является последним элементом в цепи, то согласующую нагрузку отключают. На задней панели любого видеомонитора расположен переключатель сопротивления (согласующей нагрузки), имеющий две позиции: 75 Ом или вход, имеющий высокое сопротивление (Hi-Z).
2.6. Устройства регистрации
Видеорегистраторы (видеомагнитофоны) - предназначены для записи, хранения и последующего воспроизведения изображений, поступающих как от видеокамеры, так и от устройства обработки видеосигналов. Аналоговые видеомагнитофоны могут записывать до 960 часов видео на одну видеокассету стандарта VHS. Принцип действия видеорегистратора - тот же, что и у видеомагнитофона, но видеозапись осуществляется в цифровом формате непосредственно на жёсткий диск. Как правило, современные цифровые видеорегистраторы оснащены системой, реагирующей на движение в кадре, и автоматически записывающие это видео, а также сетевой платой для подключения к системе видеонаблюдения по компьютерной сети.
Аппаратный видеорегистратор состоит из процессора, обслуживающего чипы видеозахвата, чипы видеовывода и интерфейс винчестера. Естественно, процессор имеет оперативную и flash память. Flash память служит для хранения системы Linux и программного обеспечения собственно видеорегистратора. Схемотехнически видеорегистратор реализован на одной плате, поэтому имеет достаточно низкую себестоимость.
Видеорегистратор на базе компьютера состоит из материнской платы, процессора, видеокарты, оперативной памяти, винчестера и плат видеозахвата. Эти устройства соединены между собой и функционируют как единый комплекс.
В основном цифровые видеорегистраторы поставляются в 4-, 8-, 9-, 16- и 32-канальных модификациях. Не так давно на рынке появились регистраторы, рассчитанные на соединение 64-мя камерами, такие аппараты работают на базе платформы ПК.
Другие характеристики регистраторов: формат сжатия, поддерживаемые видеостандарты, максимальная скорость записи, максимальная скорость отображения, возможные разрешения, количество аудиовходов, размер дискового пространства, возможности соединения с другими цифровыми устройствами, дополнительные выходы, режимы записи, управление камерами, удалённый доступ, детектор движения, возможность горячей замены и др.
Наиболее распространенными форматами сжатия являются различные разновидности стандартов Н264, MJPEG, MPEG-2,4 и WAVELET. Видеостандартов, как и везде два – PAL и NTSC. Скорости записи приводятся в полях в секунду суммарно на все камеры. Разрешения тесно связаны с используемыми стандартами и стандартами оцифровки. Количество аудиовходов редко соответствует количеству камер. Размер дискового пространства зависит от максимально поддерживаемого системой размера жёсткого диска и их количества. Соединение с другими устройствами через USB, LAN и другие интерфейсы. Дополнительные выходы подразумевают возможность подключения внешних устройств отображения (HDMI, VGA, композитный и др.).
Видеопринтер предназначен для печати необходимых видеофрагментов для документирования происшествий, кадров чрезвычайной ситуации и любые другие интересующие моменты видеозаписи.
2.7. Дополнительные устройства
К дополнительным устройствам относят: блоки питания, бесперебойники, устройства крепления, позиционирования и обеспечения рабочих условий (кронштейны, поворотники, климатические и защитные кожухи), прожектора и подсветки, клавиатуры управления, элементы грозо- и молниезащиты.
3. Состав учебно-лабораторного стенда:
3.1. Компьютерный комплекс видеонаблюдения на основе платы AceCop16200 и системного блока с монитором.
3.2. Бескорпусная цветная видеокамера ACV-452CHA (2.7 mm)
3.3. Бескорпусная черно-белая видеокамера ACV-322L (2.7 mm)
3.4. Бескорпусная черно-белая видеокамера ACV-322L (12 mm)
3.5. Черно-белая купольная видеокамера ACV-922
3.3. Модульная видеокамера в термокожухе:
3.3.1. Видеокамера CB-2803S
3.3.2. Объектив с автодиофрагмой и регулируемым фокусным расстоянием SCV2810G
3.3.3. Термокожух К17/3-220-220
3.4. Многофункциональная камера IVPD-10Z480SD (располагается на потолке)
3.5. Камера высокого разрешения Watec c регулируемым объективом (располагается на шкафу)
3.6. Черно-белый монитор на основе электронно-лучевой трубки
3.7. Паспорта и инструкции по эксплуатации
3.8. Блоки питания видеокамер.
Фотографии устройств, входящих в стенд, приведены в приложении 2.
4. Содержание и порядок выполнения лабораторных работ