Установка систем видеонаблюдения

Установка систем видеонаблюдения с доступом к передаваемому изображению и видеоархиву с любого компьютера или мобильного телефона, планшета.

Классические системы видеонаблюдения для просмотра изображения с камер или просмотра записанной информации требовали присутствия непосредственно рядом с видеорекордером. Современные системы позволяют контролировать изображение с видеокамер в реальном времени находясь в любой точке мира - достаточно иметь подключение к интернету.

Также произошел огромный прорыв в качестве изображения: десятки лет использовались аналоговые камеры с разрешением 380-420 ТВЛ (телевизионных линий), что соответствует примерно 500 пикселям по горизонтали. В настоящее время разрешение FullHD камер 1920 точек по горизонтали не является пределом: существуют бытовые камеры с горизонтальным разрешением более 3500 пикселей, а также панорамные камеры, в которых изображение "склеивается" с нескольких матриц - в итоге разрешение получается более 14000 точек по горизонтали.

Использование IP видеокамер также снижает общую стоимость установки системы видеонаблюдения: теперь для передачи изображения и звука с видеокамер может использоваться имеющаяся локальная сеть.

Для определения стоимости внедрения системы видеонаблюдения требуется провести предварительное проектирование, чтобы результат работы соответствовал поставленным задачам.

Планирование системы видеонаблюдения состоит из трех этапов:

  1. определение проблемы или угрозы, которую планируется устранить с помощью внедрения системы (угроза безопасности объекта, безопасность персонала, и т.д.)
  2. определение требований к системе (разграничить зоны ответственности сотрудников, реагировать на ситуации,
  3. полное техническое описание системы видеонаблюдения (принятие решений о моделях камер, используемом алгоритме сжатия и распределении объема жестких дисков для хранения отснятого материала)

При определении эксплуатационных требований обязательно составляется графическая схема места предполагаемого внедрения системы и выделение на ней зон, где потенциально могут возникнуть проблемы в области безопасности. На плане отображаются источники света, места предполагаемого размещения камер, их поля обзора; указываются области с плохим солнечным освещением или закрытые листвой растений.

Определение проблемы безопасности, которые должны быть решены: это могут быть общие угрозы или иметь место только в данной конкретной локации. Наиболее типичные задачи, актуальные для большинства объектов - это контроль толпы, борьба с воровством, пресечение несанкционированного прохода, обеспечение общественной безопасности.

Эти потенциальные проблемы или угрозы отображаются прямо на плане - в дальнейшем это поможет визуально отразить масштаб или актуальность проблемы и определить требуемый уровень покрытия объекта полями зрения телекамер. Некоторые области, такие, как входы или проходные, могут потребовать видеонаблюдения в нескольких аспектах, например, слежение за людским потоком и выявление попыток воровства или других нежелательных действий.

Определение успешности работы системы видеонаблюдения: выявив то или иное нежелательное событие, мы сможем предотвратить случай воровства или порчи имущества, идентифицировать вторгшегося на территорию охраняемого объекта человека. Это также может быть улучшение управления людским потоком на проходной или пресечение какой-либо другой нежелательной деятельности.

В целом, предполагаемый выигрыш от внедрения системы определяется тем, насколько эффективно она будет функционировать и насколько хорошо удовлетворять эксплуатационным требованиям.

После отметки на ситуационном плане проблемных зон и потенциальных угроз, определяются наиболее эффективные способы решения описанных проблем. Внедрение системы видеонаблюдения может быть только одной из принимаемых мер - иногда оптимальнее будет использовать другие средства: улучшение освещенности, установка дополнительных физических барьеров, датчиков присутствия или охранных сигнализаций. Возможно, иногда целесообразнее будет сделать архитектурную перепланировку.

Правильная система безопасности решает 3 задачи:

  1. обеспечение физической безопасности
  2. предупреждение противоправных действий
  3. расследование преступлений

Если преступление приходится расследовать постфактум, то в данной системе видеонаблюдения были допущены ошибки на уровне проектирования. Тот факт, что преступление было снято, часто выясняется по прошествии значительного времени. При этом зачастую оказывается, что записанное изображение, вообще говоря, такого низкого качества, что на нем едва ли можно что-то разглядеть.

Определение зон за которыми требуется вести установить видеонаблюдение. Выявление зон, где существует какая-то определенная угроза или необходимо слежение за каждым объектом на всей охраняемой площади; определение "мертвых зон" камер.

Например, на автостоянке могут быть выделены две зоны: одна для считывания номерных знаков транспортных средств, вторая для мониторинга состояния машин непосредственно на парковке.

Какие потенциальные угрозы либо действия вы собираетесь выявлить при помощи видеомониторинга?

Типы действий, которые обычно необходимо детектировать: воровство, нарушение общественной безопасности, скопление толпы, несанкционированный физический доступ, асоциальное поведение.

Весьма очевидные примеры - попытки краж из припаркованных автомобилей или необходимость идентификации подходящих к стойке администратора посетителей. Менее очевидны такие процедуры, как необходимость наблюдать за покупательскими очередями в кассовой зоне или идентификация лиц, осуществляющих несанкционированный выброс мусора на вверенной вам территории.

Мониторинг может потребоваться и там, где присутствует одновременно несколько угроз. К примеру, в пешеходной зоне внутри торгового центра может потребоваться видеонаблюдение за потоком посетителей для обеспечения общественной безопасности, а также выявление активности воров-карманников и случаев антиобщественного поведения.

Типичная стационарная камера может устанавливаться там, где требуется покрытие небольшого участка сцены с высокой степенью детализации (для целей распознавания/идентификации) либо большого участка с меньшей детализацией (для мониторинга/обнаружения); чаще всего эти задачи альтернативны.

Потому весьма важно установить, какое из перечисленных требований наилучшим образом соответствует каждому из мест расположения камер.

Видеонаблюдение может осуществляться не с одной целью, а с несколькими. Например, наряду с задачей обнаружения попыток краж из автомобилей на парковке может стоять задача идентификации правонарушителей. Однако степень детализации изображения для опознания по чертам лица должна быть выше, чем для простого определения факта незаконного проникновения в автомобиль. Следовательно, камеры, следящие за площадью парковки, должны работать в режиме детектирования, а камеры на входе или выходе с парковки должны выполнять задачу идентификации.

Информация о скорости передвижения наблюдаемых объектов критически важна для выбора оптимальной частоты кадров. В очень редких случаях отснятый видеоматериал записывается при частоте кадров "живого видео" (около 25 кадров в секунду). Для слежения за коридором, где люди ходят достаточно редко, может хватить и 1 кадра в секунду. Для контроля входной двери потребуется существенно большая частота кадров -- вероятно, 6 или 12 кадров в секунду.

Значительная часть систем охранного телевидения предполагает наличие операторской - специального помещения, откуда происходит мониторинг камер видеонаблюдения. Однако другие (обычно небольшие) системы разработаны преимущественно для видеозаписи -- тогда в случае инцидента записанное изображение пересматривается постфактум. Поэтому указанные ниже пункты могут быть несправедливы для некоторых решений, однако в процессе составления эксплуатационных требований как раз должно быть определено, должна ли ваша система быть ориентирована на "живой" мониторинг либо только на запись для последующего просмотра.

Для  «живого» мониторинга может быть специально выделен для этой функции персонал, или работу с системой могут осуществлять прочие сотрудники в отрыве от своих основных обязанностей. Некоторые системы могут быть спроектированы и развернуты таким образом, что для их постоянного функционирования вообще не требуется участие человека. Также следует решить, необходимо ли персоналу проходить специальное обучение перед работой с системой.

Также в зависимости от задач системы необходимо ответить на вопросы: Сколько часов в сутки и сколько дней в неделю требуется "живое" видеонаблюдение? Имеет ли смысл круглосуточный мониторинге, или достаточно производить его в течение только рабочего времени предприятия? Как сильно должен отличаться график дежурств в операторской по рабочим и по выходным дням? Возможно, видеонаблюдение в реальном времени имеет смысл только во время неких экстраординарных событий, таких, как футбольные матчи или акции протеста?

Необходимо решить, должны ли наряду с видеоизображениями записываться дополнительные метаданные (в текстовом виде). Ключевым требованием здесь является включение в число регистрируемых данных даты и времени записи -- во-первых, чтобы придать снимаемому видео статус свидетельских показаний, и, во-вторых, чтобы предоставить пользователям системы возможность производить эффективный поиск записей на временной основе. Часто возникает и требование фиксировать место расположения и номер камеры.

Необходимо обеспечить и механизм, гарантирующий точность фиксируемых системой значений даты и времени (например, при переходе на летнее время) и отсутствие накопления погрешности. Этот механизм может быть решен как технически (например, путем подключения системы к сигналу радиосинхронизации NPL) либо процедурно (оператору даются указания периодически проверять и при необходимости корректировать показания системных часов). В случае, если записываемые данные имеют критическую важность, может оказаться целесообразным принятие дополнительных мер для повышения устойчивости системы к отказам жестких дисков.

Камера

На рынке систем безопасности представлен широкий выбор камер - сверхминиатюрные и полногабаритные, поворотные и фиксированные, купольные и корпусные, уличные и для применения внутри помещений, антивандальные и незащищенные, цветные и черно-белые, скрытые и для открытого размещения.

Независимо от типа, они традиционно включают в себя два основных компонента -- объектив и светочувствительный элемент. Эти два элемента определяют основные функциональные возможности камеры -- такие, как разрешение изображения, поле обзора и минимальный уровень освещенности. Важными моментами являются также место расположения камеры и уровень QoS (качества обслуживания). Кроме этого, благодаря появлению технологий IP и беспроводной передачи данных возникла и возможность выбора способа, которым изображение передается от камеры к ядру системы.

Объектив и диафрагма

Объектив, фокусирующий изображение на светочувствительной матрице, часто приобретается отдельно от камеры. В этом случае необходимо удостовериться в совместимости компонентов, обратив внимание на крепление объектива и на то, вся ли площадь матрицы будет задействована при использовании данного объектива. Комбинация матрицы и объектива определяет ширину поля обзора камеры - система, таким образом, может варьироваться от "широкоугольника" до "телевика".

Диафрагма -- это приспособление из "лепестков", позволяющее контролировать количество света, попадающего на матрицу. Диафрагма функционирует подобно радужной оболочке глаза. Иногда ее также называют "ирисовой диафрагмой". Некоторые камеры имеют органы управления, подписанные как iris или auto iris, которые позволяют менять параметр диафрагмы. Следует также помнить, что чем шире открыта диафрагма, тем меньше будет глубина резкости изображения.

Некоторые камеры видеонаблюдения снабжены электронным затвором, который выполняет ту же функцию, что и механический затвор -- позволяет установить выдержку съемки. Видеокамера без функции корректировки выдержки собирает данные в течение 1/25 cекунды в PAL-системах и в течение 1/30 секунды в системах стандарта NTSC.

Электронный затвор ограничивает время, в течение которого фотоны заряжают матрицу, что можно сравнить с функцией механического затвора, контролирующего попадание света на матрицу. Время, в течение которого затвор открыт, называется выдержкой. Уменьшение выдержки снизит эффект размытия ("смазывания"), вызванный движением объекта или тряской камеры, но потребует соответственного увеличения освещенности или более широкого раскрытия диафрагмы. В некоторой степени требование увеличения освещенности может быть компенсировано усилением сигнала с матрицы (без изменения диафрагмы), хотя все равно лучшим решением будет увеличить освещенность.

С другой стороны, увеличение выдержки позволит большему объему света попасть на матрицу, что даст возможность уменьшить раскрытие диафрагмы и увеличить глубину резкости, но это также увеличит и вероятность размытия в движении.

Ограничивающими факторами для определения выдержки являются желаемая частота кадров и доступное освещение. Время работы затвора должно укладываться во временной промежуток, определенный для одного кадра. Например, камера, работающая со скоростью 25 кадров в секунду, должна иметь выдержку, меньшую чем 1/25 секунды, но также достаточную для попадания на матрицу необходимого количества света.

Если же требуемая комбинация времени выдержки, коэффициент усиления и раскрытия диафрагмы не может быть достигнута, следует задуматься о коррекции окружающего освещения.

Поле обзора, иногда называемое углом зрения или углом покрытия, -- количественная характеристика части пространства, попадающей в кадр. Поле обзора определяется тремя факторами: оптическими свойствами объектива, типом светочувствительного элемента и местом расположения камеры относительно наблюдаемой зоны объекта.

Стоит отметить, что слишком широкое поле обзора в большинстве случаев приводит к тому, что размеры наблюдаемых в кадре предметов становятся относительно меньшими по сравнению с тем, как они отображаются камерой с более узким полем обзора.

Определив интересующую нас зону объекта, характер предполагаемой активности в кадре, критерии наблюдения и скорость целей в качестве исходных данных, мы получаем возможность рассчитать требуемое поле обзора. В процессе определения угла покрытия камеры следует избегать "проблемных" областей - таких, как тени и "мертвые" зоны; также необходимо обратить внимание на исключение из процесса записи участков объекта, не входящих в зону интереса.

Для уточненного определения поля обзора вы можете воспользоваться онлайновым калькулятором - чтобы получить доступ к этому инструменту, введите в строке поиска вашего веб-браузера "CCTV Lens Calculator". В процессе ввода исходных данных вам потребуется указать некоторые из основных параметров наблюдаемой сцены, а также кое-что рассчитать вручную.

Поворотные камеры с зумом

В качестве альтернативы (либо дополнения к) обычным камерам с фиксированными объективами возможно применение поворотных камер с зумом. Использование таких камер позволяет увеличить зону покрытия, а также дает оператору системы возможность приблизить и подробнее рассмотреть детали произошедшего инцидента, своевременно обнаруженного в пределах первоначально установленного поля обзора -- тем самым обеспечивается более эффективное распознавание деталей, что способствует и более точной и быстрой идентификации предмета. Такие камеры могут использоваться и для отслеживания движущихся объектов. Поворотные камеры с зумом обычно применяются в дополнение к камерам с фиксированным полем обзора. Однако, поворотные камеры могут работать и автономно – по запрограммированному маршруту автопатрулирования, либо по заранее заданным предустановкам (например, при снятии заправочного пистолета с бензоколонки крупно показать номерной знак автомобиля, а затем - лицо человека, заправляющего автомобиль). Минусами поворотных камер с зумом являются их относительно высокая цена по сравнению со стационарными камерами, а также дополнительная нагрузка на операторов системы, связанная с осуществлением функций управления камерами. Не стоит забывать и о том, что единовременные зоны покрытия таких камер невелики.

Камеры инфракрасного диапазона

Как было сказано выше, иногда могут возникнуть ситуации, когда требуется получить изображение ночью или в условиях плохой освещенности. Если уровни освещенности низки, а дополнительное освещение использоваться не может, может потребоваться камера с возможностью работы в инфракрасном диапазоне (т.н. камера "день/ночь"). Обычно такие камеры могут функционировать в обычном цветном режиме в течение дня, но ночью и в условиях плохого освещения, когда обычные камеры работать не способны, они позволяют получить черно-белое изображение. Однако стоит отметить, что, работая в дневном режиме, они передают цвета хуже обычных камер, но этот недостаток можно устранить путем подключения к камере инфракрасного фильтра для работы в дневное время. Тем не менее, по возможности вместо установки инфракрасных камер рекомендуется стремиться к повышению уровня окружающего освещения - в улучшении освещенности обычно можно найти дополнительную выгоду.

Встроенная обработка изображения

Внутри камеры обычно содержится несколько автоматических функций, разработанных для улучшения качества выдаваемого изображения. Обычно они оказывают позитивное влияние на характеристики системы. Однако, в некоторых случаях расположение или настройки камеры могут привести к тому, что функции автокоррекции, напротив, будут оказывать нежелательное действие и приводить к снижению эффективности.

Автоматическая регулировка усиления

Функция автоматической регулировки усиления сигнала играет роль, сходную с назначением диафрагмой объектива. Она обеспечивается электронной схемой, изменяющей чувствительность матрицы в зависимости от внешнего освещения. Эта система независима от диафрагмы и дополняет ее, что позволяет корректировать яркость изображения без изменения раскрытия диафрагмы и, следовательно, глубины резкости. Однако, схема может работать с задержкой до 2 секунд, когда требуется реакция на значительные изменения в освещенности -- например, когда солнце появляется из-за облака или включаются уличные фонари.

При низких уровнях освещенности схема может стать источником значительного шума на изображении. Если сигнал был значительно усилен схемой автокоррекции, мелкие детали изображения могут "раствориться" в шуме.

Цветокоррекция и регулировка баланса белого

Как известно, человеческий мозг автоматически корректирует воспринимаемые цвета. Если мы знаем, что цвет некого предмета -- белый, мы будем видеть его белым. Например, если вы увидите ночью машину скорой помощи, освещенную натриевой лампой низкого давления, для вас она будет белой. Однако, камера будет видеть ее оранжевой. Камеры могут быть запрограммированы для воспроизведения этого механизма работы мозга. Микропроцессор камеры выделяет наиболее светлую часть изображения, которая условно начинает считаться белой. Затем на основе полученной информации происходит корректировка всех цветов изображения. Некоторые камеры содержат в себе предустановки баланса белого для наиболее часто встречающихся типов освещения -- например, для флуоресцентных ламп, ламп накаливания или дневного света.

Разрешение изображения камеры

Одной из характеристик камер является их разрешение, которое определяется количеством активных строк в изображении (ТВ-линий, ТВЛ). Даже в наши дни, когда разрешение цифровых камер уже обозначается максимальным количеством пикселов, в промышленных приложениях используется исторически сложившаяся тенденция представлять разрешение в виде эквивалентного количества телевизионных линий. В настоящее время разрешение камер обычно колеблется между 300 и 700 ТВЛ, при этом количество моделей камер с более высоким разрешением возрастает.

В целом, большее количество ТВ-линий эквивалентно более высокому разрешению изображения.

Стоит запомнить несколько рекомендаций, касающихся выбора оптимального разрешения:

  • Если деталь изображения не была снята камерой или же была утеряна при сжатии, не существует способа ее восстановить.
  • Нет смысла снимать изображение в разрешении, существенно большем, чем то, которое ваша система видеонаблюдения может записать или отобразить.
  • Такие факторы, как тип и размер матрицы, наличие и тип сглаживающего фильтра и т.д. могут оказать серьезное влияние на резкость отображаемого изображения, безотносительно к точному количеству пикселей.
  • Камеры более высокого разрешения могут потребовать большей освещенности.

Сколько бы ТВЛ ни использовалось при съемке, аналоговые камеры передают изображение в формате PAL - следовательно, разрешение видеосигнала в любом случае будет равно 576 ТВЛ. Аналогичным образом IP-камеры передают цифровое изображение в форматах с фиксированными разрешениями, которые не связаны с физическим разрешением матрицы в пикселях или ТВЛ.

Разрешение в ТВЛ не соответствует однозначно вертикальному разрешению в пикселях. Так, например, камера с разрешением в 400 ТВЛ не имеет 400 горизонтальных линий пикселей. Но эта проблема становится менее значимой, так как разрешение цифровых камер измеряют в пикселях, а не в ТВЛ. Любое преобразование аналогового видео в цифровой формат неизменно вызовет некоторую потерю детализации, если только не идет речь о моделировании оригинального аналогового сигнала цифровыми средствами.

Стоит также отметить, что с переходом от ЭЛТ-мониторов к ЖК-панелям использование ТВЛ для исчисления разрешения становится еще менее разумным. Все современные средства отображения характеризуются разрешением, выраженным в пикселях. Очевидно, что при использовании одной единицы измерения будет легче сравнивать характеристики разных компонентов системы.

IP-камеры

IP-камеры собирают информацию таким же способом, как и аналоговые камеры, но затем кодируют ее и передают изображение в цифровом виде по компьютерной сети, будь то локальная сеть или интернет.

У IP-камер есть ряд преимуществ над аналоговыми камерами. Во-первых, они значительно упрощают удаленный просмотр изображения. Во-вторых, качество передаваемого ими изображения не ограничено возможностями стандарта PAL, и это дает возможность существенно улучшить качество изображения. В настоящее время на рынке представлен обширный ряд IP-камер высокого разрешения. Их обычно называют мегапиксельными камерами (например, разрешение 1280х1024 эквивалентно 1,3 мегапикселей).

IP-камеры могут генерировать значительные объемы данных, и поэтому в них обычно предусмотрена функция корректировки степени сжатия изображения. Эта функция позволяет изменять степень сжатия видео до передачи информации в сеть, что дает возможность снизить нагрузку на сетевую инфраструктуру. Тем не менее, этой функцией следует пользоваться с осторожностью - камера должна быть оптимизирована для передачи изображения наилучшего качества для данного канала связи. Большая матрица мегапиксельной камеры может генерировать изображение очень высокого качества, но из-за неудачных настроек передаваемое ей видео будет низкого разрешения и с сильным сжатием.

Для каждой камеры существует предел скорости передачи информации, который связан с ограниченными вычислительными возможностями данного устройства. Перед передачей в сеть видеоданные необходимо обработать и корректным образом структурировать. Это может влиять на производительность многих мегапиксельных камер и выражаться в падении частоты кадров при увеличении разрешения.

Другим "узким местом" IP-системы видеонаблюдения может стать сеть передачи данных. Общая емкость канала связи может быть разделена между несколькими камерами. Следовательно, может возникнуть необходимость корректировки степени сжатия информации в камерах (равно как разрешения или частоты кадров), что позволит остаться в рамках доступной пропускной способности при сохранении требуемого качества изображения, определенного в эксплуатационных требованиях.

Размещение камер

Все усилия по подбору камеры и условий освещения на объекте могут пойти прахом, если камера будет неправильно размещена. При определении мест размещения камер принимаются во внимание следующие аспекты:

  • Установка камеры должна обеспечить необходимое поле обзора. Выбор места установки камеры должен определяться возможностью достижения требуемой зоны обзора, а не трудозатратами на монтаж.
  • Следует принять во внимание дневные и сезонные изменения освещенности зоны обзора.
  • Нужно учесть то факт, что наличие листвы на деревьях летом и отсутствие ее зимой могут вызвать существенные сезонные изменения фактической зоны обзора.
  • Место размещения камеры должно быть защищено как от влияния окружающей среды (дождь, пыль и т.п.), так и от преднамеренного физического воздействия.
  • Следует рассмотреть вероятность появления на объекте предметов, которые способны перекрыть поле обзора (сооружения, дорожные знаки и т.д.)
  • Требуется предусмотреть возможность и процедуру доступа к камере для её технического обслуживания.
  • Обеспечить возможность подвести кабели питания и передачи данных.
  • Крепление камеры должно гарантировать отсутствие вибраций корпуса, вызываемых порывами ветра и иными внешними воздействиями.
  • Необходимо учесть тот факт, что с увеличением высоты крепления камеры на штанге увеличивается амплитуда её колебаний - и, соответственно, снижается качество передаваемого видеосигнала.
  • При использовании камеры в целях идентификации по чертам лица объектив следует располагать на высоте, приблизительно соответствующей голове человека среднего роста. Камера, размещенная на потолке, неспособна дать полный обзор лица и потому для идентификации непригодна.
  • Кроме того, при использовании камеры для идентификации следует позаботиться о том, чтобы в кадре оставалось место выше головы человека - не стоит забывать, что люди бывают разного роста.