Transcript kamery

Uzavreté televízne okruhy - UTvO – CCTV
(PTV)
Vývoj televíznej techniky v 20. storočí
spôsobil jej výrazné rozšírenie aj do priemyselnej
oblasti v roku 1941. V 80 rokoch zaznamenali
vývoj CCD kamery a 1985 došlo prvý krát k ich
komerčnému využitiu.
Z technického hľadiska chápeme televízny
signál ako snímanie obrazu preneseného cez
optickú časť na elektronický prvok, ktorý premieňa
dopadané svetlo na elektronický signál.
1
V praktickom použití ma televízny systém, ktorý
nazývame aj priemyselná televízia (PTV) na základe
svojho vyhotovenia a úrovne viacero komponentov,
a to:
- kamery,
- káblové rozvody,
- kvadrátory, splitery, rozbočovač, videomatrice,
- monitory,
- záznamové zariadenia,
2
5.2 PRIEMYSELNÉ KAMERY
Kamery sú zariadenia meniace opticky vnem na
elektronický signál. Podľa hlavného transformačného
prvku obrazu môžu kamery využívať:
-
snímaciu elektrónku,
polovodičové CCD panel.
3
KAMERA
sú zariadenia meniace opticky vnem na elektronický
signál a to analógovým alebo digitálnym spôsobom. Sú
známe aj čiastočne riešenia kedy je digitálne
spracovaný obraz degradovaný na signál analógový,
napr. z dôvodu prenosu signálu. Podľa hlavného
transformačného prvku obrazu môžu kamery využívať:
Snímacia elektrónkou - Snímacia elektrónka je jedným
z posledných vákuových prvkov používaných v
televíznej technike. Činnosť snímacích elektronike je
založená na fotoelektrickom jave. Jeho podstatou je
schopnosť niektorých látok umiestnených vo vákuu,
uvoľniť elektróny pri dopade svetelného toku na
fotodiódu a meniť tak žiarenie na elektrický prúd,
ktorého veľkosť je úmerná intenzite dopadajúceho
svetla. Signálna elektróda ma prednej časti banky
naparovanú vrstvu kovu s orientovanou vodivosťou
závislou od osvetlenia.
4
Orientovaná vodivosť znamená, že vrstva je povrchovo
nevodivá, môže sa však stať vodivou v priečnom smere.
Na tenkú vrstvu dopadá elektrónový lúč, vznikajúci
v elektrónovej tryske (táto je súčasťou elektrónovej
optiky). Ak svetlo dopadne na neosvetlené miesto,
nestane sa nič. Ak však dopadne svetlo na miesto, na
ktorom
je
vodivosť
zmenená
elektrónovým
lúčom
vznikne prúd, ktorý je spracovaný ako obrazový signál,
a
ďalej
sa
dovybavená
vychyľovanie
odvádza
sústavou
a
odporom.
cievok
korekciu
Elektróka
pre
je
ešte
zaostrovanie,
elektrónového
lúča.
Vychylovacia cievka odkláňa elektónový lúč tak, aby na
magnetickej ploche vytváral riadkovú osnovu štvorca s
pomerom strán 4:3.
5
Snímacia elektrónka typu vidikon (od 60 rokov 20. stor.)
6
Od používania
týchto kamier sa
s
nástupom
polovodičových komponentov upúšťa najmä pre ich
priestorové nároky, citlivosť na mechanické porušenie
(sklenené komponenty), vysokú energetickú náročnosť
a väčšiu citlivosť na tepelné pomery v priestore, kde sa
nachádzajú,
a
nezabúdajúc
na
technologickú
zastaranosť.
Ich využitie je ale ešte vhodné v malo osvetlených
priestoroch
a
pri
monitorovaní
napr.
jadrových
elektrárni (kvôli radiácii je životnosť CCD snímača cca 1
rok!).
7
Polovodičový snímací prvok CCD
Princíp snímacieho prvku s nábojovou väzbou CCD
(charge coupled device) spočíva v tom, že snímacia časť
je
tvorená
drobnou
mozaikou
polovodičových
svetlocitlivých buniek CCD, tzv. pixelov. V nich sa
vytvárajú v priebehu polsnímkov elektrické náboje,
úmerné
veľkosti
osvetlenia.
V
polsnímkovom
zatemňovacom intervale sa všetky náboje zo snímacej
časti prenesú do zatemňovacej časti.
nasledujúceho
polsnímku,
kedy
v
V priebehu
snímacej
časti
vznikajú nové náboje, presúvajú sa náboje z pamäti po
jednotlivých riadkoch do posuvného registra.
8
Z posuvného registra sa už odvádza obrazový
signál. Tento môže byť buď čiernobiely alebo farebný s
rozkladom na tri základné farby (RGB – Red, Green,
Blue).
Hustota
pixelov
sa
s
vývojom
techniky
a potrebami zákazníka líši, avšak pohybuje sa zväčša od
370 -580 riadkov u čiernobielych a 320 – 460 riadkov
u farebných kamier .
Citlivosť na minimálne osvetlenie čiernobielych
kamier sa pohybuje v rozsahu od 0.04 lx vyššie, u
farebných 0,4 lx.
9
CCD snímač
10
Optickú časť kamier tvoria objektívy rôzneho
prevedenia. Ohnisková vzdialenosť býva nastaviteľná
ručne alebo motoricky. Tak isto aj clona môže byť
nastavená pevne, ovládaná ručne alebo automaticky.
Stojany a konzoly pre upevnenie sú rôznorodej
konštrukcie. Ich úlohou je bezpečné a pevné uchytenie
kamier. Mechanické otočné hlavice umožňujú na základe
konštrukcie otočenie kamery horizontálne aj vertikálne.
Elektronické
otočné
hlavice
umožňujú
motorické
otáčanie kamery podľa konštrukcie aj o 360°.
11
Konštrukcie kamier môžu byť rožne na základe
použitej technológie a určenia. Počnúc od klasických,
cez otočné hlavice až po miniaturizácie pre skryté
použitie alebo integráciu do predmetov (dverové
kukátko).
Niektoré
výrobky
sú
kombinované
aj
s
inými
snímačmi napr. s PIR snímačom alebo detektorom
dymu. Medzi kamerové prostriedky môžeme zaradiť aj
„elektronických
dverových
vrátnikov“,
ktorý
sa
skladajú z kamerovej časti umiestnenej pri vchode,
zväčša s integrovaným zvončekom a monitorovej časti,
umiestnenej
v
interiéry
väčšinou
v
kombinácii
s
telefónnym slúchadlom.
Medzi doplnky kamier patria aj ochranné kryty,
ktoré chránia kameru pred nepriaznivým prostredím
a neoprávneným manipulovaním.
12
klasická kamera
CCD kamera
„domova kamera“ s 360° otáčaním
13
kryt kamery
kamera s PIR snímačom
mini kamery
14
kamera v technologickom
ochrannom kryte
chladená médiom
IR kamiery s
prídavným
osvetlením LED
diódami
15
domový vrátnik
16
Kamery sú napájané buď jednosmerným prúdom
z externého zdroja (zväčša 12 V „ss“), striedavým
nízkonapäťovým zdrojom (16- 24 V „st“) , striedavým napätím
230 V alebo napätím po koaxiálnom resp. „kategória 5“ kábli .
Prenos signálu je realizované zväčša koaxiálnym
káblom alebo iným nízkonapäťovým káblom (1V)
určeným pre prenos televízneho signálu. U niektorých
moderných kamier je okrem klasického video výstupu
integrovaný aj výstup pre počítačovú sieť „kategórie 5“.
Pri tomto zapojení sa kamera správa ako radové sieťové
zariadenie (ma vlastnú IP adresu ako počítač a pod.),
pričom výrobca k nej dodáva softvér kompatibilný
s platformami Linux a Windows, pričom sa uvažuje
o pripojenie v rámci systému GPRS aj pre službu WAP.
17
Kamera schopná pripojenia na počítačovú sieť LAN
s rýchlosťou min. 2 Mb/s
18
Kamery využívajú viditeľný počet bodov 575 x 767
(pri pomere 4:3). Ostatné riadky do počtu 625 slúžia
pre snímkové zatemnenie a rozklad na polsnímky.
Snímok si môžme prestaviť ako jednu informáciu,
ktorá nesie so sebou úroveň jasu (u ČB kamier) alebo
rozloženie farieb (u farebných kamier). Tabuľka 5.1
udáva požiadavku na dátový tok v závislosti od druhu
použitej kamery. Na základe súčasných možností
prenosu
digitálneho
signálu
je
nutné
vykonať
kompresiu obrazu vhodným štandardom kompresie
dát napr. M-JPEG, MPEG, H261, Wavelet, MPEG-4.
19
20
Výhody digitálnych sieťových kamier
oproti analógovým
1. Odstránenie problémov pri prekladaní polsnímkov a následných
chýb obrazu. Pri analógových kamerách sa z tohto dôvodu
vyskytuje „klasické“ rozmazanie obrazu pri rýchlo sa
pohybujúcich predmetoch. Zároveň pri okamžitej digitalizácii
obrazu odpadá faktor straty kvality pri prenose signálu od
kamery k ďalším zariadeniam.
2. Napojenie cez existujúce počítačové siete (Ethernet, Internet)
a ich rozoznávanie na základe IP adresy. Šetrí to kabeláž, keďže
u analógových kamier bolo nutné prenášať obrazový signál
a ovládanie po oddelených linkách (+ zvuk po ďalšom
oddelenom kábli), vrátane používania špeciálnych káblov pre
jednostranné využitie (koaxiál).
21
3. Rozlíšenie kamier ma oproti klasickým analógovým ( 0,4
megapixelu)
oveľa
vyššie
hodnoty.
To
umožňuje
lepšie
rozoznávanie detailov a aj efektívnejší digitálny zoom.
4 .Inteligencia kamier umožňuje samostatnú adaptáciu na
podmienky a udalosti v danom prostredí. Ďalšou funkciou je
štandardne zabodovaná detekcia pohybu a ovládanie externých
alarmov. Zároveň systém umožňuje aj zakódovanie obrazu pred
jeho odoslaním z kamery
5.
Vzhľadom
na
jednotnosť
prenosu
signálu
sa
stal
bezproblémový aj obojsmerný prenos zvuku (z kamery aj ku
kamere).
6.
Nižšia
celková
nákladovosť
perspektíva“ použitých zariadení.
systému
a
„technologická
22
Videoprepínač
Je
z
V
to
zariadenie
viacerých
pravidelných
kamier
umožňujúce
na
sekvenciách
sledovanie
signálu
niekoľkých
monitoroch.
(1
sekúnd)
až
255
sú
prepínane výstupy z jednotlivých kamier, zväčša 4-16
vstupov . Keďže manuálne prepínanie vstupov spôsobuje
krátkodobý
výpadok
signálu
(asynchronita
výstupov
signálu z kamier), ďalšou úlohou video prepínača je
zosynchronizovať frekvencie polsnímkou na jednotlivých
kamerách.
Potom
je
prepínanie
obrazov
plynulé
bez
skákania obrazu, ktoré môžeme spôsobiť nefunkčnosť
systému v kritickom momente. Zariadenie ma zväčša min.
2 výstupy na záznamové zariadenie a je schopne každej
kamere priradiť v obraze doplňujúci text (napr. kamera
č.1).
23
Tieto zariadenia sú schopné registrovať aj poplachové signály
z PSN a automaticky prepnúť (začať záznam) na exponované
miesto (kameru).
Videoswitcher (videoprepínač)
24
5.4 Spliter, Multiplexer
Spliter je zariadenie združujúce signály z viacerých kamier
a umožňujúce na obrazovke monitoru zobraziť naraz až štyri zábery
rôznych priestorov. Nevýhodou tohto zariadenia je, že takýto spoločný
obraz sa zaznamenáva na záznamovom zariadení (nie je možné záznamy
jednotlivých kamier oddeliť – zväčšiť)
Rozloženie obrazu pri splitery, kvadrátor
25
Multiplexer
je dokonalejšie zariadenie umožňujúce súčasné
sledovanie obrazu z viacerých kamier a jeho následného
záznamu. Do zariadenie vstupujú polsnímky z jednotlivých kamier,
ktoré multplexer skladá za sebou v pravidelnej postupnosti.
Výstup tvorý jeden signál zložený z polsnímkou jednotlivých
kamier. Takto je možné zaznamenať každý záber v plnej veľkosti
a kvalite. Rozloženie polsnímkov zobrazuje obrázok
1K1
2K1
1K2
2K2
1Kn
2Kn
M
U
L
T
IP
L
E
X
E
R
1K1
1K2
1Kn
2K1
2K2
2Kn
Rozklad signálu v multiplexery
26
Polsnímky obsahujú pri vstupe do multiplexeru aj
identifikačný kód vysielaný kamerou a tak je dané
zariadenie schopné rozoznať pôvod signálu príslušne ho
zaradiť do snímkovej fronty.
Kapacita vstupov, ktoré je schopné spracovať jedno
takéto zariadenie je 4 až 48. Pri kombinácii viacerých
multplixerov je možné rozšírenie až na niekoľko stovák
kamier. Pri jednotnej synchronizácii a adresácii kamier
je možný aj prenos signálu z viacerých kamier po
jednom koaxiálnom kábli. Na monitoroch sa s pravidla
volí forma zobrazovania od jednej až po 16 kamier
súčasne.
27
28
29
30
Videomatrice
Videomatrica je zariadenie, ktoré slúži na distribúciu
videosignálu do rôznych častí objektu. Videomatrica
má niekoľko videovstupov pre pripojenie kamier a
niekoľko videovýstupov pre pripojenie monitorov,
pričom pre každý monitor sa dá nakonfigurovať, ktoré
kamery sa budú dať na ňom prehliadať. Kamery sa na
monitoroch prepínajú pomocou klávesníc, ktoré sú s
videomatricou prepojené komunikačnou zbernicou.
Pomocou takejto zbernice môže byť vzájomne
prepojených viac matríc. Zariadenie ma integrovanú aj
registráciu
poplachu
a
ovládanie
záznamových
zariadení ako ja popis kamier, prepojenie na počítač,
tlačiareň a diaľkové prenosové zariadenia. Umožňuje
posielanie
poplachových
správ,
času/dátumu
a
inštrukcií pre obsluhu. Môže byť použitý ako hlavný
alebo lokálny video systém vo veľkých systémoch s
viac ako 1000 kamerovými vstupmi.
31
Videomatrica s integrovaným ovládacím panelom vpredu
32
Video zosilňovač –rozbočovač
V inštaláciách systému PTV je často potrebné použiť rovnaký
video signál na rôzne účely. Napr. signál z kamery je potrebné
priviesť na jednu alebo viac videomatríc a na jeden príp. viac
kvadrátorov v rovnakom čase. Ak je ale potrebná vysoká kvalita
úrovne
signálu,
tak
potom
je
potrebné
použiť
distribučný
videozosilňovač. Zariadenie indikuje výpadok, resp. stratu kvality
signálu, asinchronitu kamier a výpadok napájania kamery.
Rozbočovače
33
Monitory
Sú
to
klasické
výstupové
zariadenia
pre
zobrazovanie
televízneho signálu. Vyrábajú sa v rôznych vyhotoveniach pričom
sa odlišujú rozmerom, tvarom, použitím zobrazovacej jednotky
(farebná alebo čiernobiela obrazovka), a riešeniami pripojenia
iných zariadení (koncovkami pre vstup/výstup signálu signálu).
Rozlíšenie je väčšie ako u kamier (cca 800 riadkov u ČB a do 550
riadkov u farebných kamier) Alternatívou sú aj LCD monitory ale
v obmedzenej miere.
34
Pozorovacia vzdialenosť monitorov
35
36
Záznamové zariadenia
Ako záznamové zariadenia sa v súčasnosti používajú
videorekordéry s magnetickým záznamom. Signál je s určitou
frekvenciou snímkou zaznamenávaný (plynulí obraz), pričom
alternatívou je snímkové nahrávanie. Ak je ešte aj rýchlosť záznamu
obmedzovaná – vtedy hovoríme o pomalobežnom zázname (až 240
hodín). Aktivácia záznamu je možná aj časovým alebo poplachovým
zopnutím. Medzi doplnky dodávané výrobcom patria karta pre
pripojenie PC a diaľkové ovládanie.
S-VHS rekordér
37
Okrem mechanického záznamu na elektromagnetický pás sa
v súčasnosti používajú už aj digitálne záznamníky, kde
záznamovým médiom je počítačový harddisk. Ten sa rozdeľuje na
záznamové stopy a jednu poplachovú stopu (pre prípad
okamžitého záznamu). Takéto zariadenia sú zväčša konštruované
tak, že je možne do nich napojiť priamo niekoľko kamier (nie aj
potrebný spliter/multplexer). Hlavnou výhodou je, že umožňujú
súčasné nahrávanie a prezeranie záznamu. Majú niekoľko
výstupov na monitor a integrovanú autodetekciu poruchy kamery.
Digitálny záznamník
38
Sú realizované vo forme zostavy zabudovateľnej do
klasického PC (PC interface), vylepšenou zostavou PC
podľa
požiadaviek
zariadenie
na
báze
CCTV
PC),
systémov
alebo
(hardvérové
profesionálneho
zariadenia (hardvérové zriadenie) od výrobcov CCTV
systémov.
39
40
Videoalarmy
Sú
to
video
systémy
schopné
spozorovať
a analyzovať pohyb v priestore na základe televízneho
signálu z kamery.
V priestore sú označené vybraté
zóny, na pohyb v ktorých systém reaguje podľa
nastavenia.
Je
možné
zadať
veľkosť
a
polohu
monitorovanej zóny, citlivosť, počet narušení za časovú
jednotku
(ako
pri
PIR)
a
minimálnu
veľkosť
identifikovaného predmetu. Zväčša sa používajú pri
vonkajšej ochrane rozsiahlych plôch ako sú dvory
a pod.
41
Prenos video signálu
Prenos signálu je možný po metalických okruhoch,
optických vláknach alebo bezdrôtovo.
Koaxiálny kábel – vedie obrazový signál pričom
dochádza k úbytku signálu a tým aj zhoršeniu kvality.
Pri nevyužití rôznych zariadení (videozosilovače
,videomatrice) je možné realizovať prepojenia od
kamery k monitoru na niekoľko 100 metrov. Pri využití
korekčných videozosilovčov je možné viesť signál na
niekoľko kilometrov. Kábel by mal byť tienený
a koncovky zalisované. Pre prenos viacerých signálov
po 1 kábli sa používa modulácia v pásme 30 -300 MHz.
42
Symetrické vedenie – pre prenos signálu sa používa
točený 2 párový kábel alebo jeden pár viacžilového
káblu.
Pripojenie
neumožňuje
priame
spojenie
kamery a monitoru. Do obvodu sa zapája prevádzač
za kameru a prijímač pred monitor. Výhodou riešenia
je väčšia odolnosť signálu voči vonkajším vplyvom.
Nevýhodou je nutnosť vhodnej kabeláže a potreba
zložitého
nastavenia
za
pomoci
elektronických
prístrojov. Prenos je možný na niekoľko kilometrov,
pri využití videozosilovačov aj niekoľko desiatok km.
43
Bezdrôtové
spojenie
–
využíva
frekvencie
s generálnymi licenciami od cca 10,3 MHz do 1,574
GHz.
Možno
sem
zaradiť
aj
prenos
signálu
modulovaným laserovým lúčom. Používa sa zväčša
na mestské kamerové systémy a premostenie
signálu cez diaľnice, železnicu alebo vodné toky.
44
Optické vedenie – sa objavuje ako výstup na nových
kamerách ku ktorým je potom nutne na druhej strane
doplniť prevodník. Dĺžka prenosu bez zosilňovačov je
možné až na 4 km, profesionálne prenosové súpravy sú
schopné preniesť signál až na 100 km bez zosilnenia.
V trase je možné prenášať aj viacero signálov obrazu
a zvuku naraz resp. protismerné ovládacie informácie
pre
pohyb
kamery.
elektromagnetickým
Systém
vplyvom
je
odolný
voči
a
„odposluchu“.
Nevýhodou je vysoká cena a odborná náročnosť na
realizáciu.
45
Prenos
digitálneho
signálu
–
je
možný
až
po
kompresii signálu vhodným kódovaním. Napr. pri
plnohodnotnom prenose farebného videosignálu s 10
bitovou hĺbkou jasu a farebnosťou bez kompresie by
sme
potrebovali
spojenie
s
kapacitou
8,8
Mbit/snímok x 25 polsnímkov za sekundu = 220
Mbit/s.
Z tohto dôvodu je prenos spojitého signálu
pri slabších pripojeniach možný pri degradácii kvality
signálu.
46
Počítačové systémy CCTV
Tieto systémy sú založené na princípe softvérového
spracovania, analyzovania, pozorovania a archivácie
televízneho
signálu
z
kamier.
Inštalované
sú
na
počítačoch, ktoré musia spĺňať základné hardvérové
a softvérové požiadavky udané výrobcom systému.
Systém je určený do počítača a tvorí ho PCI karta so
16 BNC výstupmi pre kamery a software. Umožňuje
monitorovanie diania na monitore PC, zaznamenávanie
obrazu
z
jednotlivých
kamier
a
prehrávanie
zaznamenaných udalostí. Monitorovanie a prehrávanie
je
možné
vykonávať
aj
diaľkovo
pomocou
LAN
počítačovej siete alebo cez telefónnu linku (ISDN, DSL
.... ).
47
Systém
je
určený
pre
Win98/2000/XP,
z
čoho
vyplýva jeho jednoduchosť ovládania a kompatibilita.
Výhodou
je
možnosť
vybrať
si
druh
nahrávania
z jednotlivých kamier (podľa času a potreby –
nepretržité, len pri zaznamenaní pohybu, čím sa šetrí
priestor
na
prehrávanie
disku,
manuálne)
zaznamenaných
a
udalostí
prehľadné
podľa
čísla
kamery, dátumu a času.
48
Pripojenie kamier na PC cez koncovky BCN
PCI karta
užívateľky prístup do programu (meno+heslo)
49
Zaznamenané udalosti je možné prehľadne prezerať v kalendári.
Zaznamenané udalosti sú označené modrou farbou.
50
51
Systém je schopný posielať video signál aj zvoleným diaľkovým
spôsobom (LAN, ISDN).
52
53
Systém používa špeciálne nahrávanie dát pomocou Imageboxov.
Aplikácia zálohuje dáta iba na fyzické disky nachádzajúce sa
v počítači (nepodporuje CD-RW – zápis na preisovatelné CD).
Systém ponúka možnosť zálohovať len určité imageboxy, alebo
automatickú archiváciu všetkých imageboxov.
Ich spätné prehrávanie je možné individuálne alebo hromadne (4
záznamy naraz).
54
Systém umožňuje nasledujúce spôsoby nahrávania :
nepretržité nahrávanie.
nahrávania v režime ‘Motion’ (pri detekcii pohybu vo
vybraných zónach, ktoré vopred označíme -videoalarmy)
nahrávania v režime ‘Sensor’ (pri detekcii snímačmi
pohybu, ktoré môžeme do systému napojiť)
manuálne nahrávanie.
55