Системы охранного теленаблюдения Телевизионные системы 1 Широковещательные

Системы охранного теленаблюдения

Телевизионные системы 1. Широковещательные (для развлечения массового зрителя) 2. Системы замкнутого телевидения (CCTV-Closed Circuit Television) (применяются в науке и технике): • СОТ – Системы Охранные Телевизионные Достоинства СОТ: + Самая высокая информативность (визуальное наблюдение) + Возможность наблюдения за злоумышленником, находясь вне опасной зоны + Возможность создания интеллектуального мониторинга

Термины и определения Охранное телевидение – область промышленного (не вещательного) телевидения, связанная с охраной объектов СОТ (Система Охранного Теленаблюдения) – совокупность совместно действующих технических средств, включающая телекамеры с объективами, мониторы и другое оборудование, требуемое для организации видеоконтроля Видеоконтроль – получение, обработка, передача, регистрация и хранение телевизионных изображений из охраняемой зоны, анализ информации и принятие решений оператором (охранником). Объект видеоконтроля – человек, имущество, событие, явление, на определение состояния которого направлен видеоконтроль Техническое средство видеоконтроля (компонент СОТ) – конструктивно законченное, выполняющее самостоятельные функции устройство, входящее в состав СОТ

Термины и определения Контролируемая зона (зона видеоконтроля) – часть охраняемой зоны, в которой выполняется поставленная целевая задача Освещенность сцены – средний уровень освещения сцены (зоны контроля) в люксах Чувствительность СОТ – минимальная освещенность сцены, при которой система выполняет целевую задачу. Разрешающая способность (разрешение) СОТ – максимальная степень детализации объекта контроля, которую может обеспечить система 1. 2. 3. Целевые задачи видеоконтроля: Обнаружение – выделение объектов контроля из фона, либо раздельное восприятие двух объектов, расположенных на расстоянии, соизмеримом с их размерами Различение – реальное восприятие двух объектов контроля, расположенных рядом, либо выделение деталей объекта Идентификация – выделение и классификация существенных признаков объекта контроля либо установление соответствия изображения объекта, хранящемуся в базе данных

Целевые задача видеоконтроля Целевая задача видеоконтроля Обнаружение Основное назначение: - верификация тревоги; - общее наблюдение Характеристика объекта контроля Человек Автомобиль Очертания фигуры Тип: грузовой, полугрузовой, легковой Направление движения (громкая речь, звук (шум двигателя ударов при взломе, грузового или проломе конструкции) полугрузового автомобиля)

Целевая задача видеоконтроля Различение Основное назначение: узнавание знакомого объекта Характеристика объекта контроля Человек Автомобиль То же и: - пол, рост, комплекция, крупные черты лица, цвет одежды, волос; - скорость и направление движения; (громкая речь, звук при вскрытии конструкции) То же и: - марка, тип, габариты и цвет кузова; - наличие и количество людей в автомобиле; - скорость и направление движения; (шум двигателя легкового автомобиля)

Целевая задача видеоконтроля Идентификация Основное назначение: опознавание незнакомого объекта Характеристика объекта контроля Человек Автомобиль То же и: - мелкие черты и цвет лица; - прическа и цвет волос; -особенности походки; - особые приметы (шрамы, родинки и т. п. ); - фасон и цвет одежды; - наличие оружия; (тихая речь, шаги, звук при открывании конструкции) То же и: -регистрационный номер; -навесные детали кузова (зеркала, антенны и т. п. ) -повреждения кузова и красочного покрытия, неоднородности покрытия, цвет кузова и номера; (шум двигателя на холостом ходу, разговор в салоне)

Классификация СОТ 1. По целевому назначению: Обнаружение: Различение: общее наблюдение; верификация тревоги от системы охранной сигнализации; обнаружение перемещения в определенном направлении. контроль наличия посторонних; наблюдение за работой сотрудников; контроль за подходом посторонних лиц к запретной зоне или чужому имуществу. Идентификация: получение четкого изображения лица человека, позволяющее узнать незнакомого человека; идентификация записанного изображения с хранящимся в базе данных; определение номера автомобиля.

Классификация СОТ 2. По условиям эксплуатации: Отапливаемые помещения; Закрытые неотапливаемые помещения; Уличные; В особых условиях. 3. По количеству камер в системе: Минисистемы – до 2 -х камер; Малые системы – 3 -8 камер; Средние системы – 9 -16 камер; Большие системы – 17 -50 камер; Очень большие системы – более 50 камер. 4. По тактике наблюдения: Открытое демонстративное; Открытое, не бросающееся в глаза; Скрытое; комбинированное.

Классификация СОТ 5. По виду обрабатываемого сигнала: Аналоговое; Цифровое; Комбинированное 6. По степени интеграции с другими системами защиты: Автономные; Интегрированные с охранно-пожарной сигнализацией; Интегрированные с системой контроля и управления доступом; Интегрированные с другими системами охраны и жезнеобеспечения объекта; Интегрированные в локальную компьютерную сеть предприятия.

Классификация СОТ 7. По возможностям работы при разном освещении: Класс 5 – системы, предназначенные для работы в полной темноте (пример: системы, работающие с использование инфракрасного освещения)

Основы теории света и глаз человека Свет — электромагнитное излучение, испускаемое нагретым или находящимся в возбуждённом состоянии веществом, воспринимаемое человеческим глазом. Человеческий глаз способен воспринимать (видеть) электромагнитное излучение только в узком диапазоне длин волн, ограниченного участком от 380 до 760 нм, который называется участком видимых длин волн, составляющих свет. Длина волны (м) Радио Микроволны Частота (Гц) ИК Видимый Ультрафиолет Рентген Гамма-лучи

Основы теории света и глаз человека

Устройства и основные характеристики телекамер

Принцип работы телевизионных камер на основе электроннолучевой трубки

Недостатки камер на основе передающей трубки ‒ Большие габаритные размеры видеокамеры ‒ Необходимость в использовании точного отклоняющего электромагнитного поля ‒ Необходимость высокого напряжения ( до 1000 В) для придания ускорения электронному лучу и заданию его траектории ‒ Износ люминофорного слоя ‒ Геометрические искажения из-за конструктивных особенностей передающей трубки

Устройство телекамеры на основе ПЗС матрицы ПЗС Монитор О УФС ВУС АРУ О – Объектив УФС – Устройство формирования сигнала ВУС – Видеоусилитель АРУ – Автоматическая Регулировка Усиления

Приемущества ПЗС-видеокамер + Очень низкая минимальная освещенность (для черно+ + + белых до 1 лк на объекте); Отсутствие геометрических искажений благодаря точной двумерной конструкции; Низкое энергопотребление; Не требуется высокое напряжение для ускорения луча; Маленькие размеры; Не подвержены воздействию внешних электромагнитных полей; Неограниченное время жизни электронов, генерируемых фотоэффектом.

Характеристики камер 1. Формат матрицы (диагональ ПЗСматрицы) 2. Разрешение 3. Чувствительность 4. Отношение сигнал/шум Дополнительные характеристики: 1. Гамма-коррекция 2. КЗС (компенсация заднего света)

Формат матрицы Формат – это размер диагонали матрицы. Чем больше матрица, тем больше угол обзора

Разрешение – возможность камеры различать детали картинки. Чем выше разрешение, тем больше детальность. Измеряется в телевизионных линиях (ТВЛ). Разрешение определяется, как количество переходов (в видимой части растра) от черного к белому или обратно, которое может быть передано камерой. Телевизионные тест – таблицы:

Чувствительность – качество работы камеры при низкой освещенности. Освещенность объектов: Безоблачный солнечный день Солнечный день, с легкими облаками Пасмурный день Раннее утро Сумерки Ясная ночь, полная луна Ясная ночь, неполная луна Ночь, луна в облаках Ясная, безлунная ночь Безлунная ночь с легкими облаками Тёмная, облачная ночь В помещении без окон Хорошо освещенные помещения, офисы Более 100 000 люкс (угол солнца 55°) 70 000 люкс 20 000 люкс 500 люкс 4 люкс 0, 2 люкс 0, 007 люкс 0, 001 люкс 0, 0007 люкс 0, 00005 люкс 100 -200 люкс 200 -1000 люкс

Отношение сигнал/шум (S/N) S/N = signal to noise. Измеряется в децибелах (д. Б). S/N =20*log (видеосигнал/шум) 60 д. Б = класс люкс (сигнал > шума в 1000 раз) 50 д. Б = нет помех 40 д. Б = небольшие помехи (точки) 30 д. Б = «снег»

Гамма-коррекция (Gamma Correction) (γ) - параметр, позволяющий улучшить контрастность объекта.

Компенсация заднего света (КЗС) – специальная функция камер В простейшем случае камера с КЗС настраивается не на среднюю освещенность, а на освещенность центральной части изображения. Тогда, за счет некоторого ухудшения качества изображения в засвеченной части матрицы, получается хорошее качество в центре поля.

Структура СОТ

Общая структурная схема СОТ О Видео камера Мониторы ЛС ДД Уи. К Видео регистратор О – объектив ДД –Детектор Движения – ЛС – Линия Связи Уи. К – оборудование Управления и Коммутации

Основные характеристики объективов Фокусное расстояние Угол обзора Формат объектива (должен совпадать с форматом камеры) Тип диафрагмы

Фокусное расстояние и угол обзора Чем меньше фокусное расстояние объектива, тем больше его угол зрения (больше видно), но детали изображения мельче, и наоборот, чем больше фокусное расстояние объектива, тем меньше угол зрения, но детали изображения крупнее.

Практический выбор фокусного расстояния 1. Расчетный способ (с помощью формул) 2. Калькулятор – видеоискатель: • • • 3. Размер ПЗС-матрицы (v, h) Расстояние от камеры до объекта (D) Ширина объекта Экспериментальный способ (демонстрация объекта клиенту)

Расчет угла обзора α(v) = угол обзора по горизонтали α(H) = угол обзора по вертикали f = фокусное расстояние v и h – размеры объекта на изображении

Расчет фокусного расстояния D – расстояние до объекта f – фокусное расстояние V и H – реальные размеры объекта v и h – размеры объекта на изображении

Классификация объективов 1. С постоянным фокусом 2. С переменным фокусом: Вариообъективы – объективы с ручной регулировкой фокуса (manual zoom) Трансфокаторы – объектив с автоматической регулировкой и увеличением до 20 и более раз. “Рin-hole” – специальный объектив с маленьким входным зрачком (диаметр от 0. 8 до 4 мм), для скрытого размещения

Тип диафрагмы Фиксированная диафрагма Ручная диафрагма Автоматическая диафрагма (Auto Iris)

Устройства усиления • • • АРУ (автоматическая регулировка усиления) увеличение до 10 раз (применим только в помещениях, студиях) ЭЗ (электронный затвор) (electronic shutter) увеличение в 10³ раз АД (автоматическая диафрагма) (auto iris) увеличение в раз: с прямым приводом (Direct Drive, DD) ‒ видео приводом (Video Drive, VD) ‒

Скоростные купола (специальные камеры) Обладают высокой скоростью поворота за счет малой массы самой камеры Внутри куполов находится поворотное устройство и управляющая электроника Предназначены для внутреннего (в помещении) и внешнего размещения (на улице)

Классификация камер По типу изображения: Чернобелые Цветные По формату матрицы (в дюймах): – 1/4” – 1/3” – 1/2” – 2/3” По разрешению По чувствительности По способу регулировки освещенности По типу диафрагмы (DD, VD) По наличию КЗС Гамма-коррекция (γ = 0, 45)

Устройства передачи видеосигнала (линии связи) – – Проводные каналы: коаксиальный кабель витая пара телефонные линии волоконнооптический кабель Беспроводные каналы: – радиоканал – ИК- канал – лазерный луч

Коаксиальный кабель Максимальная дальность передачи сигнала 500 м Основные характеристики: волновое сопротивление, диаметр и погонное затухание. BNC – коннектор Коаксиальный кабель

Витая пара (twisted pair) дальность передачи до 1, 5 км + меньше влияния электромагнитных помех Витая пара

Передача изображений по телефонной линии На обоих концах провода располагаются приемник и передатчик, передача изображения аналогична передаче по витой паре + дальность передачи не ограничена

Оптоволоконный кабель + Дальность передачи не ограничена (теоретически) + Отсутствие влияния электромагнитных помех + Независимость от климатических условий + Конфиденциальность передаваемой информации

Беспроводные линии связи Применяют, если невозможна прокладка кабельных трасс • Радиоканал (мобильные и переносные системы) Не обеспечивают устойчивый сигнал (сильное влияние помех) – Необходимо разрешение Министерства связи – • ИК канал Небольшая дальность – Качество зависит от погоды – Возможно заглушить канал + Нет влияния помех – • Лазерный луч Затрудненность монтажа – Качество зависит от погоды + Дальность передачи намного больше, чем у ИК канала –

Детектор Движения Детектор движения (ДД) - это устройство, формирующие сигнал извещения о тревоги при обнаружении изменения, обусловленных движением (появлением) цели на сцене 1. 2. 3. 4. Принцип работы: В начальный момент времени кадр запоминается и становится эталоном Следующие кадры изображения запоминаются как текущие При достижении заданных различий между эталонным и текущим кадром превышающих пороговые параметры формируется сигнал тревоги Через заданное время эталонный кадр заменяется на новый

Устройство управления и коммутации Блоки коммутации видеосигнала - это устройства, управляющие потоками информации в СОТ: сигналами изображения, сигналами тревоги и управляющими сигналами

Классификация Уи. К последовательные переключатели (видеокоммутатор) (switcher) • • видеоквадраторы (Quad spliter) • мультиплексоры (multiplexer) • матричные коммутаторы (matrix switcher)

Видеокоммутаторы Видеокоммутатор (последовательный переключатель) - это самый простой тип устройств управления и коммутации, позволяющий строить системы, в которых оператор будет последовательно наблюдать за всеми охраняемыми зонами объекта, а видеомагнитофон - записывать только то, что в данный момент времени видит оператор на экране монитора

Квадраторы - это устройство, позволяющие одновременно выводить на экран видеомонитора изображения от 4 источников видеосигнала, размещая их в соответствующих сегментов экрана Осуществляет цифровую обработку сигнала и цифровое увеличение изображения, имеет встроенный последовательный переключатель, может замораживать кадры. Пропадание сигнала воспринимает как тревогу.

Мультиплексоры Мультиплексор - это устройство, позволяющее записывать сигналы от нескольких камер на один видеомагнитофон, воспроизводить мультиплексированное изображение и обрабатывать сообщения о тревоге.

Классификация мультиплексоров • По количеству камер (4, 8, 16 камер) • По типу: 1. Симплексные (выполняют 1 операцию) 2. Дуплексные (может одновременно записывать и просматривать) 3. Триплексные (может записывать, видеть в реальном времени и просматривать раннее сделанные записи)

Матричный коммутатор – многофункциональное устройство, позволяющее подключить любой вход к любому выходу системы, управлять сигналами и обрабатывать извещения о тревоге по определенной программе Матричные коммутаторы предназначены для построения гибких и легко наращиваемых систем охранного телевидения.

Функции матричного коммутатора Количество камер 9 16 • • • 3 0, 36 0, 64 Время записи (ч) 12 Время задержки (сек) 1, 44 2, 56 24 2, 28 5, 12 Задается: Последовательность выводов сигналов от камер на мониторы Предустановки для поворотных устройств Возможность управления группами камер с различных клавиатур Система управления доступом (пароли) Последовательность вывода тревожных камер, мониторов и т. д.

Мониторы Монитор – устройство преобразующее видеосигнал в двумерное изображение: черно-белое или цветное. Основные характеристики: • Размер диагонали экрана (небольшие 5”, 9”, 12”; для мультикартин 14”, 17”, 21”) Нормальное расстояние от экрана монитора до наблюдателя 5 диагоналей • Разрешение (до 800 ТВЛ для черно-белых; 400 для цветных) Разрешение системы – это разрешение самого слабого элемента в системе

Спецвидеомагнитофоны (СВМ, видеорегистраторы) Cпецвидеомагнитофон (видеорегистратор) служит для фиксации изображений с камер на носитель, служащий документальным протоколом при разборе произошедших на месте наблюдения неординарных ситуаций. Имеют следующие форматы записи: • VHS (Video Home System) разрешение – не более 320 ТВЛ для черно-белого и 240 ТВЛ для цветного • S-VHS (Super Video Home System) разрешение 400 -450 ТВЛ для черно-белого и цветного изображения + Шире полоса частот чем у VHS + Разделены составляющие полного видеосигнала

“Time-lapse” технология «Time-lapse» - с задержкой времени, техника для круглосуточной работы. Путем пропуска кадров позволяет на обычную кассету делать запись до 960 часов (≈ 40 суток) Зависимость времени записи СВМ от режима записи: Режим записи Время записи (ч) Интервал записи (кадр) Частота кадров (Гц) ЗН 3 каждый кадр 25 12 Н 15 5 6. 25 24 Н 27 9 2. 78 48 Н 51 17 1. 47 72 Н 75 25 1. 00 120 Н 123 41 0. 61 168 Н 171 57 0. 44 240 Н 243 81 0. 31 360 Н 363 121 0. 21 480 Н 483 161 0. 15 720 Н 723 241 0. 10 960 Н 963 320 0. 08

Дополнительное оборудование • • • Блоки Питания (12 В, 24 В) кожухи: ‒ бескорпусные камеры (для скрытой установки) ‒ корпусные: защитные, декоративные, маскирующие, антивандальные, погодные(уличные) кожухи Кронштейны (для крепления камер) поворотные устройства – Малоскоростные (1, 2 сек поворот на 180°) – Высокоскоростные (1, 2 сек поворот на 360°) ИК прожекторы (для ночного освещения)

Рекомендации по выбору и установке телевизионных систем 1. 2. 3. 4. 5. 6. Определить в соответствии с объективной оценкой и желанием заказчика целевую задачу СОТ (обнаружение, различение, идентификация) его составных частей и фрагментов. Уточнить количество, геометрические размеры и направление зон наблюдения в конкретных частях охраняемого объекта и привязать их к задачам. Определить тип наблюдения для каждой охраняемой зоны (скрытое или открытое). Определить освещенность зоны наблюдения каждой камеры, наличие дежурного освещения и необходимость подсветки. Установить условия эксплуатации камер и выбрать при необходимости модель защитных кожухов. Определиться с необходимым дополнительным оборудованием.

Правила выбора места установки камер ü ü Не ориентировать камеры на солнце и источники искусственного света. Не ориентировать камеры на окна, зеркальные и полированные поверхности. Ориентировать камеры сверху вниз с отрицательным углом к горизонту ее верхней границы зоны наблюдения. Применять камеры, как минимум, с козырьком для снижения запыленности объективов и вероятности засветок.