Телевизионные камеры и вспомогательные устройства

Параметры телекамер

Для определения основных параметров телекамер, целесообразно будет сгруппировать зоны объекта так, чтобы требования к камерам от группы к группе были различными.

· бескорпусные и корпусные; цветного и черно-белого изображения;

· повышенной и обычной чувствительности;

· высокого и обычного разрешения;

· для наружного и внутреннего наблюдения;

· для скрытого наблюдения (безкорпусные);

· поворотные купольные видеокамеры (роботизированные).

В случае установки камеры видеонаблюдения внутри помещений как правило используются модели со встроенным объективом, потому что они дешевле моделей стандартного дизайна, удобнее в монтаже (не требуется дополнительно покупать кронштейн и объектив). Такие видеокамеры могут иметь миниатюрный микрофон или встроенную ИК-подсветку. Покупая камеру видеонаблюдения со встроенным объективом, нужно сразу выбрать обеспечивающую необходимый угол обзора. В том случае, если камеру планируется ставить снаружи здания или к различным её техническим параметрам предъявляются повышенные требования, следует использовать камеры видеонаблюдения стандартного дизайна поставляющиеся без объектива (объектив нужно покупать отдельно). К таким, к примеру, относятся камеры, что установлены на территории метрополитена или складских терминалов. Бескорпусные видеокамеры (камеры скрытого наблюдения) отличатся тем, что их можно спрятать в портфель, раму картины, часы, либо любое иное место, где они будут абсолютно незаметными. Повсеместное внедрение и развитие цифровых технологий, конечно, не могло и системы охранного телевидения обойти стороной.

На сегодняшний день выпускаются камеры видеонаблюдения использующие технологию цифровой обработки сигнала, а так же цифровые видеокамеры.

Видеосигнал в камерах наблюдения с цифровой обработкой делится на две части: одна в аналоговом виде поступает на видеовыход, а вторая оцифровывается и поступает на специальный процессор, более оптимальным образом адаптирующий параметры аналоговой части камеры к конкретной ситуации. В цифровых камерах наблюдения целый видеосигнал оцифровывается и после обработки поступает на выход в цифровом виде.

Телевизионная камера является устройством, преобразующим оптическое изображение наблюдаемого объекта в электрический видеосигнал. Телевизионная камера выступает в качестве важнейшего элемента системы, поскольку собственно с нее в систему поступает первичная информация об объекте и как раз качество изображения в целом определяется ее характеристиками. Камера является электронной платой, на которой размещен чувствительный элемент – фоточувствительная матрица, что выполнена на приборах с зарядовой связью (ФМПЗС - матрица), и объектив. Дешевые камеры обычно, оснащаются простейшими встроенными объективами, более дорогие - сменными объективами с улучшенными функциями и характеристиками.

Качество телевизионной камеры определяется большим количеством показателей, тем не менее в большинстве случаев при выборе камеры для конкретной системы достаточно ориентироваться на такие ее характеристики.

Оптический формат является размером фоточувствительной области ПЗС-матрицы в дюймах. Основные форматы: 1/3", 1/2", 2/3". Чем больше оптический формат, тем меньше (при других равных условиях) геометрические искажения изображения. На сегодняшний день на рынке существуют и миниатюрные камеры с ПЗС-матрицей формата 1/4".

Разрешающая способность (разрешение) – максимальное количество телевизионных линий (ТВЛ), различаемых в выходном сигнале камеры при минимально допустимой глубине модуляции 10%. Разрешение по горизонтали определяет максимальное количество градаций от черного к белому или обратно. Чем выше разрешение камеры, тем более мелкие детали можно различить на изображении. Обычным разрешением считается 380-420 линий для черно-белых и для цветных камер 300-330 линий. В системах высокого класса используются, обычно, камеры с повышенным разрешением (500-600 линий для черно-белых и для цветных камер380-480 линий).

Пороговая чувствительность является минимальной освещенностью на ПЗС-матрице, при которой камера сохраняет работоспособность. Обычной чувствительностью считается 0.1-0.5 лк для черно-белых и 0.7-1.5 лк для цветных камер. В системах, что предназначены для наблюдения слабо освещенных объектов, которые имеют малую отражательную способность, используются камеры высокой чувствительности (порядка 0.01 лк).

ПЗС-матрицы обладают очень важным свойством - они дают возможность получать четкое изображение в условиях полной темноты при подсветке инфракрасными лучами. С данной целью некоторые камеры оснащаются встроенной ИК-подсветкой.

Синхронизация является привязкой видеосигнала к фазе сетевого напряжения или внешнего источника синхроимпульсов или иного видеосигнала. В основном, в реальных ТСВ видеосигналы нескольких камер посредством специальных устройств по заданной программе коммутируются на один монитор, вследствие этого нужно, чтобы переключение камер происходило во время кадрового гасящего импульса. Камеры которые питаются от сети переменного тока (220 В / 50 Гц или 24 В / 50 Гц), синхронизируются от питающей сети. Камеры, которые питаются от источника постоянного тока (12 В) должны иметь вход внешней синхронизации, сигнал на который подается от специального устройства - синхронизатора. Отсутствие внешней синхронизации телевизионных камер от единого источника синхросигнала в существенной степени повышает утомляемость оператора ТСВ, а при использовании в системе более 8 камер может привести к постоянным срывам изображения, потере кадров, что делает видеозапись и наблюдение почти невозможными.

Электронный затвор – это элемент конструкции ПЗС-матрицы, который обеспечивает возможность изменения времени накопления электрического заряда, и регулировать светочувствительность ПЗС-матрицы (выдержки). Электронный затвор дает приемлемое качество изображения быстродвижущихся объектов и обеспечивает работоспособность при высокой освещенности, в зависимости от регулировки выдержки камеры.

Электронная диафрагма (электронная фокусировка)является элементом конструкции ПЗС-матрицы, обеспечивающим автоматическую регулировку выдержки в зависимости от уровня освещенности.

Автофокусировка является способностью камеры управлять объективами с электрически регулируемой диафрагмой и встроенным усилителем (используется термин "прямое управление" при управлении объективом без встроенного усилителя). Наличие автофокуса является значительным достоинством камеры, поскольку без изменения диафрагмы принципиально невозможна регулировка глубины резкости. Что означает, что при электронном управлении затвором в ПЗС-матрице (без управления диафрагмой объектива) изображение объекта, который находится на расстоянии, от фокусного отличном, будет недостаточно резким. Помимо этого отсутствие регулировки диафрагмы приведет к резкому уменьшению диапазона управления световым потоком. Не стоит использовать автофокус совместно с электронной диафрагмой, в особенности если камера не синхронизирована частотой сети переменного тока, поскольку в данном случае возможно появление эффекта ''плавания" яркости или баланса белого на экране видеомонитора, что в большой степени затрудняет работу оператора. Для подключения объектива с электрически управляемой диафрагмой в камере должны быть предусмотрены разъемы AI (autoiris) и/или DD/DC (direct drive / direct connect) и потенциометр регулировки уровня сигнала прямого управления.

Автоматическая регулировка усиления (АРУ) является свойством камеры в зависимости от уровня видеосигнала изменять коэффициент усиления видеотракта. АРУ сглаживает изменения уровня сигнала и дает возможность получить приемлемую картинку на мониторе при недостаточной освещенности объекта.

Отношение “сигнал/шум” – учитывают, когда требуется высокое качество телевизионного сигнала – чем оно выше, тем выше качество изображения. Обычным считается отношение “сигнал/шум” 50 дБ. У камер высокого класса это отношение достигает 58 дБ, позволяя доводить АРУ до 45 дБ и выше.

Гамма-коррекция–нелинейное искажение видеосигнала для лучшего воспроизведения. Гамма-коррекция состоит в предискажении видеосигнала с целью увеличения контрастности изображения на мониторе.Компенсация фоновой засветки– способность камеры автоматически устанавливать выдержку и параметры усиления по выбранному фрагменту изображения

Канал звука – обеспечивает акустический контроль охраняемого помещения при помощи микрофона встроенного в камеру. Для организации двунаправленного аудиоканала помимо микрофона в камеру встраивается динамик.

Конструкция узла присоединения объектива – если камера не имеет встроенного объектива, в ее конструкции предусмотрен узел присоединения для установки сменных объективов. Применяются два типа стандартных конструкций узлов присоединения, если таковые не предусмотрены по умолчанию:

тип "С" ("C-mount") – резьба 2.54 х 0,8 и расстояние до опорной плоскости ПЗС-матрицы 17.5 мм;

тип "CS" (''СS-mount") – резьба 2.54 х 0,8 и расстояние до опорной плоскости матрицы 12.5 мм. Данный тип крепления находит большее распространение в связи с тенденцией камер к миниатюризации. Миниатюрные камеры с объективом "pin-hole" с диаметром зрачка от 0.9 до 2 мм для скрытого наблюдения имеют специальную насадку и подключаются оптоволоконным кабелем.

Напряжение питания. Большинство телекамер питаются или от сети переменного тока 220 В / 50 Гц, или от источников постоянного тока напряжением 12 В. Реже используется переменное напряжение 24 В и постоянное напряжение 9 В. Для питания нескольких камер в системе могут использоваться индивидуальные для каждой камеры источники, или общий источник. В последнем случае нужно учитывать общее потребление камер. При использовании цветных камер, лучше использовать стабилизаторы напряжения сети.

Для установки камеры на кронштейне, в кожухе и т.д. должен быть предусмотрен узел крепления к несущим деталям в ее конструкции.

Для камер цветного изображения, важным является автоматический баланс белого, то есть способность камеры обеспечивать правильную цветопередачу при изменении условий освещенности наблюдаемых объектов, так же важен стандарт кодирования цветового сигнала.

В системах видеонаблюдения, в основном применяются камеры черно-белого изображения, т.к. они существенно дешевле цветных и работают с более дешевым оборудованием, имеют более высокие разрешение и чувствительность, дают возможность использовать ИК-подсветку, не предъявляют жестких требований к источнику питания. Цветные камеры чаще устанавливаются на автопарковках или в местах, где цвет объекта имеет большое значение. В нашем случае система ТСВ устанавливается для охраны загородного дома, цветные видеокамеры разумно установить у калитки или у ворот.

В зависимости от требований и условий использования камер, последние могут оснащаться разнообразными устройствами: объективами, декоративными или защитными кожухами, кронштейнами, термостатами, поворотными устройствами и т.д.

Правильный выбор камер является основным моментом в проектировании системы видеонаблюдения, поскольку именно характеристиками камер определяются, в конечном итоге, характеристики прочих компонентов системы и ее стоимость в целом.

При выборе телекамеры и места ее установки учитываются:

· категория значимости зоны;

· геометрические размеры зоны;

· необходимость идентификации наблюдаемых предметов и объектов;

· освещенность объекта наблюдения;

· расположение уязвимых мест (дверей, окон, люков и т.д.);

· условия эксплуатации;

· скрытое или открытое наблюдение.

Говоря о конструктивном исполнении телекамер, можно разделить их по двум основным признакам:

- наличие и вид корпуса;

- наличие встроенного объектива и его особенности.

Наиболее распространены камеры стандартного исполнения без объективов. Как правило это корпус близкий к прямоугольному, с определенными характерными особенностями.

Вторая группа телекамер (также довольно распространенная) имеет специальный формы корпус, который снабжен кронштейном или устанавливаемый непосредственно на монтажную поверхность, а также встроенный объектив. Возможность выбора объективов многообразного типа в подобных камерах существенно ограничена. Такие камеры могут иметь корпуса в виде полусферы или шарообразные корпуса.

Третья группа – бескорпусные телекамеры. Практически они представляют собой печатную плату (с электронной схемой обработки), на которой установлена ПЗС-матрица и специальный объектив. Редко встречаются бескорпусные камеры с арматурой для установки стандартных объективов. Одна из разновидностей специальных объективов - объективы с маленьким (единицы мм) входным отверстием, что дает возможность легко закамуфлировать такую камеру в любой предмет. Габаритные размеры этих камер составляют 3-4 см.

Телевизионные камеры зачастую установлены стационарно. При этом, если используется объектив с постоянным фокусным расстоянием, сектор обзора остается неизменным. Если требуется просматривать разнообразные участки контролируемого объекта, применяют телевизионные камеры установленные на специальном поворотном устройстве.

Выше уже отмечалось, что класс ТСВ выбирается в зависимости от категории значимости объекта. Это относится и к телекамерам. Для наблюдения объектов (зон) категории А нужно применять (несмотря на их высокую стоимость) высококачественные камеры цветного и черно-белого изображения ведущих специализированных фирм.

На объектах (в зонах) категории Б применяют, в основном, камеры среднего класса, а для категории В совершенно оправданно применение более дешевых камер. В случаях, когда преследуются цели, что не характерны для этой категории объекта, могут приниматься иные решения.

Угол обзора камеры определяется геометрическими размерами зоны. При наблюдении открытых площадок, за входной дверью помещений, применяются широкоугольные камеры с углом зрения 60 - 90°, или камеры с меньшими углами зрения, что устанавливаются на поворотных платформах. В охране периметров используются камеры с малыми углами обзора. Угол обзора камеры можно определить по формуле:

,

где - угол обзора по горизонтали;

h - размер матрицы по горизонтали, мм;

f - фокусное расстояние объектива, мм.

Размещение камеры в наблюдаемой зоне. Значимую роль в обеспечении нормальной работы камеры играет выбор места установки камеры на объекте. При этом необходимо обратить внимание на два момента. Во-первых, нужно по возможности, исключить засветки объектива прямым или отраженным солнечным светом или мощными источниками искусственного освещения, к примеру, прожекторами. И, во-вторых, необходимо ориентировать камеру так, чтобы в поле зрения попадали все уязвимые места (двери, окна, люки и т.д.), а размеры непросматриваемой зоны не позволяли нарушителю проникнуть через нее.

Лучше всего устанавливать камеру на потолке, на стене или в углу с наклоном её вниз; использовать корпус или кожух с защитными козырьком и фильтром; не направлять камеру на блестящие, хорошо отражающие свет предметы (лужи, зеркала и т.д.), наружные двери и окна.

Размер непросматриваемой камерой зоны L можно определить как:

 

, где

h - высота установки камеры;

- угол между оптической осью камеры и вертикалью;

- угол зрения камеры в вертикальной плоскости

Если не удается уменьшить размеры непросматриваемой зоны до такой степени, чтобы в ней не мог перемещаться человек, камеру нужно устанавливать в таком месте, чтобы в данную зону не попадали уязвимые места - двери, окна и т. д. При размещении камеры необходимо, чтобы длина сигнальных и питающих кабелей была минимальной.