Лекция. Лекция 04 (6 часов). Тема 4 Технические средства систем видеонаблюдения 1 Назначение и задачи систем видеонаблюдения

• Название: Тема 4 Технические средства систем видеонаблюдения 1 Назначение и задачи систем видеонаблюдения
• Анкор: Лекция
• Дата: 15.03.2023
• Размер: 0.75 Mb.
• Имя файла: Лекция 04 (6 часов).doc
• Тип: Документы; #993112
• страница: 2 из 4

1.4.5 Видеомониторы
Ви­деомониторы– это устройства, преобразующие видеосигналы в двухмерное изображение. Видеомониторы являются изделиями, специально предназначенными для использования в системах видеонаблюдения (высокая надежность при круглосуточной работе, частом переключении кад­ров и т.п.), поэтому замена их обычными приемниками телевизион­ного изображения недопустима. Кроме того, многие видеомониторы снабжены встроенными устройствами для приема сигналов от не­скольких камер – видеокоммутаторами.

Видеомониторы делятся на два класса – видеомониторы черно-белого и цветного изображения. Основные характеристики видеомониторов – размер экрана по диагонали и раз­решающая способность по горизонтали. В традиционных системах видеонаблюдения наиболее часто при­меняются видеомониторы с размером экрана 9", 12", 14" и 15". При использовании устройств совмещения изображения – видеоквадраторов, применяются, как правило, видеомониторы с большим размером экрана: 17", 19", 21" и более. Выбирать видеомонитор по разрешающей способности следует таким образом, чтобы она была выше, чем у применяемых видеокамер, так как видеомонитор не должен ухудшать общее разрешение системы видеонаблюдения. При использовании в системе видеокамер с обычным разрешением целесообразно выбрать видеомонитор с обычным разрешением (600–800 ТВЛ для черно-белых и 350–400 – для цветных). В системах видеонаблюдения высокого класса, как правило, используются видеомониторы с разрешени­ем 900... 1000 ТВЛ (черно-белых) и 450–500 ТВЛ (цвет­ных).
Основным элементом видеомонитора, определяющим его размеры, разрешающую способность, цве­товую гамму, яркость и контраст изображения, является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), жидкокристаллическая (ЖК) или плазменная панели.

ЖК видеомониторы имеют по сравнению с мониторами на ЭЛТ ряд преимуществ:

- не излучают опасные электромагнитные поля, что существенно повышает скрытность информации, отображаемой на экране;

- отсутствуют вредные для здоровья излучения (рентгеновские, электрические, магнитные, электромагнитные);

- не чувствительны к внешним магнитным полям;

- более полно используется видимая поверхность экрана (например, поверхность экрана 15-дюймовых ЖК видеомониторов соответствует поверхности 16-дюймовых видеомониторов на ЭЛТ);

- имеют равномерное разрешение экрана по всей поверхности;

- отсутствует дрожание изображения по вертикали;

- значительное (на 40–50%) меньшее энергопотребление, большая компактность и меньший вес.

Но ЖК видеомониторы пока проигрывают видеомониторам на ЭЛТ по яркости и насыщенности красок цветного изображения и углу его обзора.

Лучшими яркостными характеристиками обладают видеомониторы на плазменных панелях. Яркость и контрастность плазменных панелей сопоставимы с аналогичными характеристиками ЭЛТ, но они имеют меньшие габариты, массу, больший срок службы и излучают вредные электромагнитные поля существенно меньшего уровня. Преимущества плазменных панелей особен­но ощутимы при создании больших экранов.

По мере увеличения количества установленных видеокамер возникает необходимость в повышении числа видеомониторов. Однако при установке на рабочем месте оператора более 4–6 видеомони­торов у него во время наблюдения быстро наступает психологическая усталость. Особенно это проявляется при ис­пользовании видеомониторов с ЭЛТ, так как мелькание изображения на них становится особенно заметным в периферической области зрения и при увеличении количества видеомониторов возрастает вредное влияние дрожания изображения на зрение. Поэтому для систем видеонаблюдения предпочтительными являются видеомониторы с частотой кадровой развертки 100 Гц и выше.


1.4.6 Видеокоммутаторы
Видеокоммутаторы делятся на коммутаторы последовательного действия и матричные видеокоммутаторы.

Видеокоммутаторы последовательного действия позволяют подключать несколько (4–20) видеокамер к одному монитору с последовательным автоматическим «листающим» и ручным режимами работы. Они поз­воляют последовательно просматривать изображения всех видеокамер или выборочно от некоторых из них (рис. 4.3). В автоматическом режиме время переключения составляет от 0,5 до 60 с.



Рис. 4.3 Структурная схема видеокоммутатора
В таких видеокоммутаторах предусматриваются:

- регулировка времени просмотра изображения каждой видеокамеры;

- входы для сигналов тревоги от извещателей для быстрого подключения к монитору сигналов от ближайшей к извещателю камеры;

- «залповый» режим, который позволяет наблюдать участки охраняемой зоны, на каждом из которых установлены несколько видеокамер.

Видеокоммутаторы по­следовательного действия являются простыми устройствами с ограниченными возможностями и по­степенно вытесняются матричными видеокоммутаторами с существенно большим набором функций.

Матричные видеокоммутаторы имеют встроенный процессор и позволяют построить гибкую и легко настраиваемую систему видеонаблюдения. Они обеспечивают дополнительно к функциям последовательных видеокоммутаторов вывод на экран монитора:

- изображений от камер в любом порядке с управлением их поворотными устройствами и вариообъективами;

- номеров камер и названий помещений, в которых они установлены;

- сообщений о сигналах тревоги, текущего време­ни, даты, инструкции оператору и др.

Указанные функции позволяют создавать гибкие и наращивае­мые системы охраны объектов защиты.

Программирование матричного видеокоммутатора осуществляется с помощью клавиатуры. К одному матричному видеокоммутатору можно подключить несколько удаленных клавиатур, что позволяет организовать несколько независимых каналов управления видеокамерами. К выходу видеокоммутатора можно подключать видеомагнитофон. Матрич­ный видеокоммутатор имеет порт RS-232 для подключения к персональному компьютеру, что позволяет программировать и управлять его действиями с компьютера. Матричный видеокоммутатор оборудован «тревожными» входами для под­ключения охранных извещателей или детекторов движения, для которых можно задать определенные последовательности действий видеокоммутатора при их срабатывании (например, включается камера, расположенная в поле действия сработавшего извещателя, изображение от нее выво­дятся на основной монитор и одновременно происходит запись данной информации на специализированный видеомагнитофон).

1.4.7 Видеоквадраторы
Видеоквадраторы – это цифровые устройства, обеспечиваю­щие размещение изображений от 4 видеоисточников на одном экра­не, который в этом случае делится на 4 части (квадранты), и позво­ляющие уменьшить количество видеомониторов в системе видеонаблюдения (рис. 4.4). Видеоквадраторы высокого разрешения позволяют работать на одном мониторе с 8 камерами: они формируют две группы по 4 камеры и дают возмож­ность по очереди выводить их на экран.

Рис. 4.4 Структурная схема видеоквадратора
Различают видеоквадрато­ры последова­тельного действия с последовательным переключением изображений в квдрантах и видеоквадрато­ры «реального времени», обеспечивающие одновременную смену изображений во всех 4 квадрантах. В видеоквадраторах последовательного действия период смены изображений на экране видеомонитора составляет 0,16 с, то есть частота кадров равна 6,25 Гц. Из-за этого изображение на экране видеомонито­ра «дергается», что приводит к преждевременной усталости оператора. В видеоквадраторах реального времени «оцифровка» изображения от всех видеокамер происходит параллельно, поэтому частота кад­ров не изменяется и равна 25 Гц. Видеоквадратор осуществляет цифровую обработку видеосигнала (квадрарирование), поэтому на входе сигнал от видеокамеры представляется в цифровом виде, а на выходе видеоквадратора формируется ана­логовый видеосигнал.

Большинство видеоквадраторов могут работать как видеокоммутатор последова­тельного действия, то есть подключать любую из работающих видеокамер к монитору. Видеоквадраторы, как и видеокоммутаторы последовательного действия, являются сравнительно простыми устройствами и применяются, как правило, в небольших и недорогих системах видеонаблюдения.

Видеоквадраторы для систем видеонаблюдения должны иметь:

- дополнительные (по количеству видеокамер) «тревожные» входы для подключения средств сигнализации и обеспечивать вывод видеокамеры на полный экран при срабатывании в ее зоне наблюдения средств сигнализации;

- режим «заморозки» кадра, то есть возможность зафиксировать изображение в одном из сегментов;

- возможность передачи сигнала тревоги другим потребите­лям;

- возможность записи изображения на видеомагнитофон.

Недостатком видеоквадраторов является то, что разрешение изображения уменьшается в 2 раза по отношению к исходному изображению.
1.4.8 Видеомультиплексоры
Видеомультиплексоры – устройства, выполняющие временное мультиплексирование. Первоначально они создавались для обеспече­ния записи видеосигналов от нескольких (до 16) видеокамер на одну видеокассету и непрерывное воспроизведение видеосигналов от одной видеокамеры. Видеомультиплексоры позволяют просматривать на экране видеомониторов изображения от одних видеокамер и за­писывать на видеомагнитофон сигналы от других видеокамер. Записанные изображения могут просматриваться в полноэкранном режиме, режи­мах квадрированного экрана, «картинки в картинке» и мультиэкрана (рис.4.5).

Рис. 4.5 Структурная схема видеомультиплексора
Для более подробного анализа полноэкран­ных изображений многие видеомультиплексоры имеют функцию двукрат­ного цифрового увеличения изображения. Некоторые видеомультиплексо­ры имеют встроенные видеодетекторы движения, генераторы тит­ров, даты и времени, а также могут работать в дуплексном режиме, то есть позволяют просматривать ранее сделанные записи одновремен­но с текущей записью изображений с работающих видеокамер.

Видеомультиплексор по сути является цифровым последовательным пе­реключателем с периодом предъявления равным времени кадра изображения (0,04 с) и возможностью создания полиэкранного изображения на экране видеомонитора. Кадры изображения от видеокамеры после­довательно «оцифровываются» и из них формируется полиэкранное изображение (2x2, 3x3, 4x4, картинка в картинке и др.). На видео­магнитофон записывается последовательно по кадру изображения от каждой видеокамеры, что, в отличие от видеоквадратора, не ухудша­ет изображение от видеокамеры.

Существуют следующие виды видеомультиплексоров: симплексные, дуплексные и триплексные.

К симплексному видеомультиплексору можно подключить один видеомагнитофон для круглосуточной записи изображения от всех видеокамер. Но чтобы посмотреть ранее записанную информацию, нужно

остановить запись и только после этого приступить к просмотру. В современных системах практически не применяется.

К дуплексному видеомультиплексору можно подключить два видеомагнитофона: один для круглосуточной непрерывной записи, а второй для воспроизведения. Причем воспроизведение можно осуществлять на до­полнительном видеомониторе, выводя на него запись изображения либо от одной из выбранных видеокамер, либо в режиме мультикартинки.

Триплексный видеомультиплексор позволяет подключать помимо двух видеомагнитофонов еще и видеомонитор для получения на нем полиэкранной кар­тинки.

Широ­кий набор встроенных функций, развитая логика обработки сигналов тревоги, а также возможность программирования видеомультиплек­соров с помощью функциональных клавиш или с персонального компьютера позволяют создавать на их базе средние и большие (с обслуживанием от 128 до 256 видеокамер) системы видеоконтроля. Для этого разработан целый спектр дополнительной аппаратуры: адаптеры удаленной клавиату­ры, многопортовые контроллеры, системы телеметрического управ­ления видеокамерами и т. п.
1.4.9 Видеодетекторы движения
Видеодетекторы движения представляет собой автономный или встроенный в мультиплексор электронный блок, который запоминает текущий кадр изображения, сравнивает его с последующим и выдает сигнал тревоги при несовпадении сравниваемых изображений (рис.4.6).



Рис. 4.6 Структурная схема видеодетектора движения
Работу видеодетектора движения можно описать следующим об­разом:

- в начальный момент времени кадр изображения видеокамеры запоминается и становится эталонным кадром;

- следующие кадры изображения запоминаются в виде текущих кад­ров;

- при наличии существенных различий между эталонным и текущим кадром изображения, превышающих заданную величину (порог), на выходе порогового устройства выдается сигнал тревоги;

- через некоторое время кадр эталонного изображения заменяется на текущий кадр.

При выборе видеодетекторов движения необходимо учитывать их следующие характеристики:

- характеристики видеовходов (число видеовходов; стандарт выход­ного видеосигнала – PAL, SECAM, NTSC и др.);

- чувствительность видеодетектора (минимальный размер, минимальный кон­траст и диапазон скоростей перемещения обнаруживаемой цели);

- число, размер и форма зон обнаружения;

- полоса рабочих частот;

- число, тип и электрические параметры выходных сигналов тревоги (максимальное напряжение и макси­мальный коммутируемый ток выходного сигнала тревоги);

- климатические условия (диапазон рабочих температур, диапазон температур хранения, относительная влажность);

- механические характеристики (габаритные размеры, масса, возможность монтажа в стойку).

Видеодетекторы применяются, главным образом, в системах охраны крупных объектов, где оператору приходится контролиро­вать большое количество видеокамер. Различают аналоговые и цифровые видеодетекторы движения.

В аналоговых видеодетекторах движения сравниваются уровни сигналов одинако­вых элементов изображения. При попадании в зону наблюдения объекта, отсутствующего на преды­дущем изображении, изменяются соответствующие яркости элементов его изображения и уровни сигналов. Если эти изменения превышают установленный порог, видеодетектор движения выдает сигнал тревоги. Введение порога снижает вероятность ложных тревог из-за электрических помех или при­родных явлений в зоне наблюдения (дождя, снега и др.). Сигнал тревоги подается при превышении этой разности более порогового значения.

Циф­ровые видеодетекторы движения – это многоканальные устройства, которые позволяют разбивать изображение охраняемой зоны на отдель­ные области, для каждой из которых устанавливается свой порог сра­батывания: чем выше этот порог, тем большие изменения должны произойти на «картинке». Кроме этого, характеристики различных изменений на видеоизображениях (на­чало, направление, скорость движения и т.п.), можно задавать про­граммным путем. Это позволяет, например, не воспринимать чело­века, движущегося в направлении от охраняемого объекта, либо параллельно ему на некотором безопасном расстоянии, как нарушителя (рис.4.7).

Рис. 4.7 Характеристики различных изменений на видеоизображениях

Настройка системы с цифровыми детекторами на оптимальный режим должна проводиться с учетом особенностей места установ­ки видеокамеры и характеристик охраняемого объекта (вероятных путей перемещения нарушителя, наличия уязвимых мест и т.п.). Иначе трудно будет избежать большого количества ложных срабатываний или наоборот, пропуска нарушителя. Цифровые видеодетекторы движения применяются в сложных системах видеонаблюдения высокого класса. Видеодетектор в виде автономного блока может быть сопряжен с любым средством системы видеоконтроля.
1.4.10 Видеомагнитофоны и видеопринтеры
Видеомагнитофоны применяются для регистрации и документирования изображений с видеокамер. Специализиро­ванные видеомагнитофоны в отличие от бытовых обеспечивают существенно большую длительность записи: от 24 часов до 40 суток. Увеличение продолжительности записи достигается за счет записи с пропуском кадров, с уплотненной записью и с записью по тревоге.

Наиболее распространенным вариантом записи является запись с пропуском кадров, то есть запись не каждого кадра, а только выборочных. В видео­магнитофоне с длительностью до 24 часов записывается каждый 8-й кадр, а в варианте наиболее длительной записи – каждый 320-й кадр. При этом способе записи звук не записывается. На каждом кадре регистрируется дата и время, что позволяет с точностью до минут восстановить события в случае возникновения нештатных ситуаций.

В видеомагнитофонах с уплотненной записью устанавливаются уменьшенные видеоголовки и применяются видеокассеты с улучшенными характеристиками. Однако за более плотную запись приходится платить ухудшением каче­ства записи и несовместимостью с используемым стандартом записи.

В видеомагнитофонах с записью по тревоге для обеспечения малого времени от подачи сигнала «За­пись» до начала записи предусмотрен режим ожидания. В этом режиме лента видеокассеты готова к записи, а видеоголовка постоянно вращается. Для исключения протирания ленты вращающейся го­ловкой она медленно продвигается со скоростью 6 полукадров за 3 минуты. По тревоге может осуществляться также переход из медлен­ных режимов записи в один из более быстрых, вплоть до номинальной скорости. Переключение режимов осуществляется автоматическн при срабатывании соответствующих датчиков обнаружения тревоги.

Важными характеристиками видеомагнитофонов являются его разрешающая способность и надежность. Высокое разрешение позволяет зафиксировать даже мелкие детали, а на­дежность важна потому, что такие видеомагнитофоны предназначе­ны для непрерывной работы в течение нескольких лет.

В современных системах видеонаблюдения используют цифровые видеонакопители, которые позволяют кодировать, сохранять и воспроизводить изображения, полученные от видеокамер, как в реальном времени, так и с пропуском кадров. Если иметь в виду, что размер одного кадра видеоизображения примерно равен 560 Кбайт, то на жесткий диск емкостью 500 Гбайт можно записать до 1000000 изображений. Это соответствует 750 минутам (12,5 часов) записи в реальном времени. Так как этого времени часто бывает недостаточно, то используют различные методы сжатия видеоинформации (JPEG, MJPEG). В этом случае исходный кадр видеоизображения сжимается в 15–25 раз и его размер составляет около 25 Кбайт. Следовательно, на жесткий диск емкостью 500 Гбайт уже можно записать около 250 часов видеоинформации. Если использовать режим с пропуском кадров, то время записи можно довести до сотен суток.

Современные методы сжатия цифрового видеосигнала без ухудшения каче­ства обеспечили существенные преимущества цифровой видеозаписи:

- запись практически не подвержена старению и может храниться сколь угодно долго;

- при копировании не происходит ухудшения качества изображения копий;

- простота выбора любого кадра изображения, его вставки в документ и распечатывания изобра­жения на видеопринтере.

Видеопринтеры предназначены для оперативной распечат­ки выбранного кадра от источника видеосигнала. Основными характеристиками видеопринтеров являются разрешающая способность, размер печатного снимка и возможность многокадровой печати.

Видеопринтеры – это сложные и дорогие устройства, поэтому в систему видеонаблюдения их включают на важных и особо важных объектах, когда необходимо получить документальное подтверждение события, зафиксированного на видеомагнитофоне.