Системы охранного видеонаблюдения

Кроме того, в зависимости от назначения, выполняемых функций и сложности решаемых задач, системы охранного телевидения могут обеспечить создание различных контролируемых зон на объекте:

• зоны видеонаблюдения, в которых оператор, используя один-два видеомонитора, осуществляет простое наблюдение за обстановкой на различных участках (фрагментах и т. п.) объекта с помощью нескольких телекамер, коммутаторов и квадраторов;
• зоны видеоконтроля, видеоинформация из которых автоматически (без участия оператора) фиксируется на специальное видеорегистрирующее устройство (видеорегистратор) и может воспроизводиться для ретроспективного контроля видеообстановки на охраняемом объекте;
• зоны видеоохраны, в которых осуществляется видеонаблюдение и/или видеоконтроль и автоматическое обнаружение нарушителя или другого явления при изменении изображения («картинки») на видеомониторе в контролируемой зоне. При этом выдается сигнал тревоги с помощью внутренних и/или внешних оповещателей;
• зоны видеозащиты, которые в первую очередь оборудованы многокамерными системами видеонаблюдения, видеоконтроля и видеоохраны, управляемыми многофункциональными программируемыми матричными коммутаторами, мультиплексорами, компьютерами и контроллерами со специальными программами охраны объектов и включенными в интегрированный комплекс охраны объекта, содержащий различные средства охранной сигнализации, устройства контроля доступа , несколько постов наблюдения и посты охраны с персоналом немедленного реагирования. Все составные части комплекса взаимосвязаны и позволяют с помощью мультиплексоров и компьютеров рационально распределять тревожную информацию (например, автоматически включать видеонаблюдение несколькими камерами в разных ракурсах, дополнительную подсветку и т. п.).

СИСТЕМЫ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ

Системы видеонаблюдения делятся на простые (одно-двухкамерные) и сложные, многокамерные, с различной обработкой изображения.

Простые системы видеонаблюдения служат для примитивного, сиюминутного наблюдения за обстановкой на объекте в реальном масштабе времени.

При достаточно серьезных требованиях по контролю охраняемого объекта в нескольких зонах применяются многокамерные системы видеонаблюдения, оборудованные, например, несколькими телекамерами, подключенными через коммутаторы, квадраторы или мультиплексоры на один-два видеомонитора. В таких случаях используют обычно до 8-ми камер наблюдения, так как большее количество телекамер затрудняет работу одного оператора по отслеживанию ситуации в каждой зоне видеонаблюдения. Оптимальным считается наблюдение 4-х телекамер одним оператором.

Простая система видеонаблюдения состоит из двух элементов: телекамеры и видеомонитора, соединенных между собой линией связи для передачи сигнала от телекамеры на видеомонитор. Такая система является базовым элементом для систем видеонаблюдения, видеоконтроля и видеоохраны любой сложности.

Видеосистема может быть цветной или черно-белой (ч/б). В подавляющем большинстве применяются ч/б видеосистемы, так как они значительно дешевле цветных и имеют большую разрешающую способность. Цветные видеосистемы используют тогда, когда цвет несет существенную дополнительную информацию об объекте контроля (цвет волос, одежды и т. п.) или, например, о цвете охраняемых автомобилей.

Важнейшей характеристикой видеосистемы является ее разрешающая способность, то есть возможность отображать наиболее мелкие детали изображения. Обычным разрешением считается 380–420 ТВ линий для ч/б телекамеры и 300–350 ТВ линий для цветной. Видеомонитор должен иметь более высокое разрешение, чтобы не ухудшать общее разрешение системы. Целесообразно выбирать видеомонитор с разрешением 600–800 ТВ линий.

СИСТЕМЫ ВИДЕОКОНТРОЛЯ

Важнейшим качеством телевизионных систем при охране объектов является возможность осуществления регистрации и документирования в течение длительного времени видеонаблюдения событий, происходящих на охраняемых объектах. Для этого используют видеозапись на специализированные видеомагнитофоны или другие регистрирующие устройства, которые могут работать как в непрерывном режиме, так и в режиме покадровой записи с заданным интервалом времени между кадрами, с обязательной записью текущего времени и даты.

При воспроизведении такой записи возможен многократный ретроспективный контроль всей обстановки в наблюдаемых зонах, детальное изучение тревожной ситуации в наблюдаемой зоне с установлением времени происходящих событий.

Таким образом, системы видеоконтроля — это системы видеонаблюдения с видеозаписью, которые оказывают существенную помощь службе безопасности в объективной оценке обстановки на объекте, идентификации объектов контроля, а также позволяют оценить качество работы операторов.

СИСТЕМЫ ВИДЕООХРАНЫ

Как отмечалось выше, на охраняемых объектах могут быть созданы зоны видеоохраны (зоны видеоохранной сигнализации), в которых сигнал тревоги формируется телевизионной системой при изменении изображения, поступающего с видеокамеры наблюдаемой зоны. Для этой цели в телевизионной системе используются одно- и многоканальные детекторы движения.

Детекторы движения бывают аналоговые (обычно одноканальные) и цифровые (одно- и многоканальные). В аналоговых детекторах движения (их иногда называют детекторами активности) на видеомониторе могут выделяться белым или черным контуром (обычно прямоугольным) маркерные окна, в пределах которых производится обнаружение движения нарушителя по изменению изображения.

Для этого в каждом маркерном окне измеряется и отдельно запоминается среднее напряжение видеосигнала изображения, а затем через заданный интервал времени оно сравнивается с напряжением в тех же окнах вновь полученного кадра изображения. Если разница в напряжении превышает 10% (обычный порог чувствительности) в ту или иную сторону, детектор движения генерирует сигнал тревоги.

В цифровых детекторах движения изображение на экране видеомонитора может разбиваться на несколько десятков и сотен маркерных окон. Каждое маркерное окно программируется отдельно — как по размеру, так и по чувствительности. Под чувствительностью понимается количество несовпадающих элементов и амплитуда несовпадения в каждом элементе. Все маркерные окна могут конфигурироваться в любом сочетании по желанию заказчика.

Изображение в каждом маркерном окне каждого кадра одного цикла видеозаписи фиксируется отдельно в памяти цифрового детектора движения и затем через заданный интервал времени сравнивается поэлементно с изображением в тех же маркерных окнах следующего кадра. Тревожная ситуация возникает, если число несовпадающих элементов в одном или нескольких окнах превышает заданное значение.

В этом случае детектор движения формирует сигнал тревоги в виде мигания рамки маркерного окна или других видеосигналов на экране видеомонитора, а также выдает звуковой сигнал на внутренние и внешние оповещатели для привлечения внимания оператора.

В большинстве случаев на охраняемом объекте требуется задавать разные параметры обнаружения для дневного и ночного времени. Поэтому в детекторах движения предусматриваются два переключаемых режима работы — дневной и ночной, отличающиеся конфигурацией маркерных окон и чувствительностью. Переключение режимов осуществляется с помощью внутреннего или внешнего таймера.

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ ОХРАННОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ

Камеры. Все современные камеры наблюдения строятся на основе ПЗС-матриц, поверхность которых представляет собой совокупность светочувствительных ячеек (пикселей). Чем больше их количество, тем выше качество формируемого изображения. Основным параметром ПЗС-матрицы является ее формат — диагональный размер, измеряемый в дюймах.

В системах видеонаблюдения применяются, в основном, телекамеры с размером ПЗС-матрицы 1/4, 1/3 и 2/3 дюйма.

Одним из важных параметров телекамеры является разрешение, зависящее от числа пикселей на ПЗС-матрице и от параметров электронной схемы телекамеры. Разрешение телекамеры измеряется в телевизионных линиях. Чем выше разрешение камеры, тем качественнее получаемое изображение. По разрешению все телекамеры делятся на два основных вида: телекамеры обычного разрешения (380–420 твл) и видеокамеры высокого разрешения (570–600 твл).

У цветных телекамер разрешение несколько хуже: 300–350 твл у цветных телекамер обычного разрешения и 450–480 твл у цветных телекамер высокого разрешения.

Другим немаловажным параметром камеры наблюдения является ее чувствительность, под которой обычно понимают минимальную освещенность на объекте наблюдения, позволяющую различить на видеоконтрольном устройстве (мониторе) переход от черного к белому. Чувствительность телекамер измеряется в люксах.

Поскольку освещенность на объекте изменяется в течение суток, для поддержания постоянного уровня освещенности ПЗС-матрицы используют камеры наблюдения со встроенным электронным затвором, оснащенные объективом с автоматической регулировкой диафрагмы и другими техническими решениями.

Функция электронного затвора камеры наблюдения аналогична функции выдержки фотоаппарата, а скорость ее переключения обычно составляет до 1/100000 секунды. Объективы с автоматической регулировкой диафрагмы подобны зрачку человеческого глаза: при увеличении освещенности диафрагма сужается, при уменьшении — расширяется.

Основным элементом любой телекамеры является объектив, важнейшей характеристикой которого является фокусное расстояние, измеряемое в миллиметрах. Угол поля зрения объектива зависит от фокусного расстояния следующим образом: чем меньше фокусное расстояние, тем больше угол поля зрения. По этому параметру все объективы делятся на короткофокусные и длиннофокусные.

В системах видеонаблюдения обычно используют объективы с фокусным расстоянием от 2,8 мм (угол поля зрения по горизонтали около 90°) до 12,0 мм (угол поля зрения около 20°). Короткофокусные (широкоугольные) объективы, как правило, вносят нелинейные искажения изображения, особенно заметные по краям.

В современных системах видеонаблюдения применяются следующие основные типы объективов:

Объективы с фиксированной диафрагмой, используемые для наблюдения внутри помещений в составе камер с электронным затвором.

Объективы с автоматически регулируемой диафрагмой, применяемые в составе уличных видеокамер, работающих в условиях переменной освещенности.

Трансфокаторы (вариообъективы) — объективы с изменяемым фокусным расстоянием, используемые обычно в уличных камерах, установленных на опорно-поворотных устройствах для контроля движущихся объектов.

Объективы pin-hole («игольное ушко») — объективы с вынесенным зрачком диаметром от 0,8 до 2,0 мм. Используются для скрытого видеонаблюдения во внутренних камерах повышенной защищенности.

Гермокожухи

Гермокожухи предназначены для эксплуатации в широком диапазоне климатических условий и позволяют использовать различные комбинации телекамер и объективов. Кожухи снабжаются солнцезащитным козырьком, платой для установки камеры, термостатом и коммутационной панелью. Некоторые модели дополнительно оснащаются вентиляторами, дворниками и омывателями стекла.

Следует учитывать, что импортные нагреватели не всегда соответствуют нашим климатическим условиям и могут быть не рассчитаны на сильные морозы.

Более жесткие условия наружной эксплуатации требуют специального конструктивного исполнения. Камеры, применяемые на открытом воздухе, помещаются в защитные кожухи с подогревом — гермокожухи (боксы).

Поворотные устройства

Поворотные устройства предназначены для камер наблюдения с дистанционным управлением. Они обеспечивают поворот камеры в горизонтальной (до 365°) и вертикальной (до 183°) плоскостях либо только в горизонтальной.

Различают поворотные устройства с постоянной и регулируемой угловой скоростью перемещения. Сигналы управления преобразуются в механические перемещения с помощью приемников телеметрических сигналов. Как правило, вместе с поворотными устройствами поставляются пульты управления трансфокаторами объективов для получения укрупненного изображения.

Устройства инфракрасной подсветки

Для обеспечения работоспособности камеры в полной темноте, а также для скрытности видеонаблюдения используются устройства местной ИК-подсветки и ИК-прожекторы, осуществляющие облучение наблюдаемого объекта невидимыми для человека инфракрасными лучами.

Однако этим устройствам присущи и некоторые недостатки: устройства ИК-подсветки нельзя использовать совместно с цветными телекамерами, а потребляемая мощность таких устройств примерно на порядок выше, чем при использовании обычного искусственного освещения для создания эквивалентной (для ПЗС-матрицы) освещенности объекта.

Мониторы

В качестве видеоконтрольных устройств в системах видеонаблюдения используются специализированные мониторы, которые отличаются от обычных телевизоров высокой надежностью, значительно большим временем наработки на отказ и повышенным разрешением (порядка 800 ТВ линий).

Выбор размера монитора зависит от количества камер наблюдения, изображение от которых одновременно выводится на экран в режиме мультикартинки. Для небольших систем видеонаблюдения (около 4 камер) целесообразно использовать мониторы с диагональю не менее 12 дюймов. Для многокамерных систем (порядка 16 телекамер) рекомендуется применять мониторы с диагональю не менее 20 дюймов.

В отдельных случаях в качестве видеоконтрольных устройств применяются жидкокристаллические индикаторы, которые характеризуются низким энергопотреблением (типовое напряжение питания 12 В), мобильностью и более высокой стоимостью.

Специализированные видеомагнитофоны

Для регистрации видеоизображения в системах видеонаблюдения применяются специализированные видеомагнитофоны, отличающиеся от бытовых моделей продолжительностью записи на стандартную видеокассету E-180 (до 960 часов), высоким качеством записи и повышенной надежностью. Эти устройства записывают аналоговое видео, в отличие от видеорегистраторов, которые предварительно оцифровывают видеосигнал.

Все специализированные видеомагнитофоны оснащены так называемыми «тревожными» входами. При поступлении сигнала от тревожного извещателя видеомагнитофон автоматически начинает запись события в течение заданного времени (от 0,5 минуты и более), переходя при этом в трехчасовой режим записи в реальном времени.

Специализированные видеомагнитофоны могут работать в двух режимах: непрерывном (время записи на кассету E-180 — около 3 часов) и прерывистом (время записи 24, 480 или 960 часов). В прерывистом режиме запись кадров осуществляется с заданной дискретностью.

При документировании видеозаписи обязательно используется генератор даты и времени, фиксирующий текущие дату и время. К важнейшим характеристикам специализированных видеомагнитофонов относятся их разрешающая способность и надежность. Высокое разрешение позволяет фиксировать мелкие детали изображения, а высокая надежность необходима ввиду непрерывной эксплуатации оборудования в течение нескольких лет.

Устройства обработки видеосигнала

Для управления многокамерными системами видеонаблюдения и обработки видеоизображения применяются следующие основные устройства: видеокоммутаторы, видеоквадраторы реального времени, видеомультиплексоры и матричные коммутаторы.

Видеокоммутатор

Видеокоммутаторы представляют собой наиболее простые устройства управления небольшими видеосистемами (обычно до 8 камер наблюдения). Коммутатор позволяет выводить на экран монитора изображение от любой видеокамеры системы в ручном или автоматическом режиме. В автоматическом режиме время переключения, как правило, регулируется в пределах от 0,5 до 60 секунд.

Большинство видеокоммутаторов имеют «тревожные» входы для подключения внешних устройств (датчиков движения, датчиков положения двери и т. п.). При срабатывании датчика на экран выводится изображение от камеры, контролирующей участок, где произошло событие. К выходу видеокоммутатора может быть подключен специализированный видеомагнитофон.

Видеоквадраторы реального времени

Видеоквадраторы реального времени (или просто квадраторы) применяются в небольших системах видеонаблюдения (до 4 видеокамер) для одновременного вывода изображения от всех телекамер на экран монитора в реальном масштабе времени в режиме мультикартинки, когда каждое изображение занимает четверть экрана.

Практически все квадраторы обладают функциями видеокоммутатора, то есть оператор в любой момент может вывести изображение от одной из видеокамер на полный экран. Большинство квадраторов имеют «тревожные» входы. В каждом окне мультикартинки может отображаться номер камеры и текущее время.

Видеомультиплексоры

Видеомультиплексоры предназначены для управления многокамерными системами видеонаблюдения (до 16 камер), а также для обработки видеосигналов при записи и воспроизведении. Мультиплексор совмещает функции видеокоммутатора и видеоквадратора.

В режиме мультикартинки изображение от телекамер отображается дискретно («рывками»), причем дискретность возрастает с увеличением количества подключенных камер. Это связано с тем, что мультиплексор осуществляет цифровую обработку видеосигнала, при которой теряется часть информации. Такой принцип обработки используется и в современных цифровых видеорегистраторах.

Все видеомультиплексоры оснащаются «тревожными» входами для подключения внешних датчиков. Обычно к мультиплексору подключают основной монитор (как правило, с диагональю около 20 дюймов), на который выводятся изображения от всех камер, и дополнительный монитор для отображения изображения от камеры, контролирующей наиболее важный участок объекта.

Основным достоинством видеомультиплексора является возможность качественной видеозаписи изображения от всех видеокамер на один видеомагнитофон. Это достигается последовательной покадровой записью без ухудшения разрешающей способности.

Большинство мультиплексоров имеют встроенный детектор активности, позволяющий задавать зоны контроля в поле зрения любой камеры. При изменении видеосигнала в заданной зоне формируется сигнал тревоги, изображение от соответствующей камеры выводится на монитор и производится более детальная запись события.

Классы видеомультиплексоров

Существуют следующие основные классы видеомультиплексоров: симплексные, дуплексные и триплексные.

К симплексному мультиплексору подключается один видеомагнитофон для круглосуточной записи. Для просмотра архива необходимо остановить запись, поэтому в современных системах такие устройства практически не применяются.

К дуплексному мультиплексору можно подключить два видеомагнитофона: один — для непрерывной записи, второй — для воспроизведения. Просмотр архива возможен на дополнительном мониторе без остановки записи.

Триплексный мультиплексор позволяет одновременно выполнять запись, воспроизведение архива и вывод мультиэкранного изображения на отдельный монитор.

Матричный коммутатор — устройство, позволяющее построить гибкую и легко настраиваемую систему видеонаблюдения. Матричный коммутатор позволяет вывести видеосигнал с одной из подключенных телекамер на любой монитор системы или видеомагнитофон.

Кроме того, он позволяет программировать последовательности вывода видеосигналов на мониторы и видеомагнитофоны, а также предустановки для опорно-поворотных устройств и трансфокаторов. Для каждой камеры может задаваться индивидуальное время вывода изображения на определенный монитор. Предустановки задают трансфокаторам и поворотным устройствам определенный порядок действий (например, поворот по вертикали на 25° вверх с увеличением изображения в 12 раз, затем поворот по горизонтали на 50° влево).

Программирование матричного коммутатора осуществляется при помощи клавиатуры. К одному коммутатору может быть подключено несколько удаленных клавиатур, что позволяет организовать несколько независимых каналов управления телекамерами. Матричный коммутатор имеет порт RS-232 для подключения к компьютеру, с помощью которого осуществляется программирование и управление его работой.

Матричный коммутатор оснащается «тревожными» входами для подключения охранных извещателей или детекторов движения. При их срабатывании могут автоматически выполняться заданные сценарии (например, включение камеры в зоне срабатывания, вывод изображения на основной монитор и одновременная запись информации на специализированный видеомагнитофон).

Детекторы движения

Видеодетектор движения представляет собой электронный блок, который хранит в памяти текущее изображение с телекамеры и формирует сигнал тревоги при появлении изменений в охраняемой зоне. Такие детекторы применяются, главным образом, в системах охраны крупных объектов, где оператору необходимо контролировать большое количество камер. Детекторы движения могут функционально входить в состав мультиплексоров.

Различают аналоговые и цифровые детекторы движения. Наиболее простыми и дешевыми являются аналоговые детекторы, действие которых по принципу работы близко к охранным извещателям, подключаемым к тревожным входам коммутаторов, квадраторов и других устройств.

Цифровые видеодетекторы движения — это многоканальные устройства, позволяющие разбивать охраняемую зону на отдельные блоки, для каждого из которых задается собственный порог срабатывания. Чем выше порог, тем более значительные изменения изображения необходимы для формирования тревожного сигнала.

Характеристики движения (начало движения, направление, скорость и т. п.) в цифровых детекторах могут задаваться программно. Это позволяет, например, не воспринимать человека, движущегося от охраняемого объекта или параллельно ему на определенном расстоянии, как нарушителя.

Настройка систем с цифровыми детекторами должна выполняться с учетом особенностей места установки телекамер и характеристик охраняемого объекта (вероятные маршруты движения нарушителя, наличие уязвимых зон и т. п.). В противном случае возможны частые ложные срабатывания либо, наоборот, пропуск нарушителя. Цифровые видеодетекторы движения применяются в сложных телевизионных системах высокого класса.

Цифровые видеорегистраторы

Цифровые видеорегистраторы — это устройства для ведения цифровой видеозаписи, совмещающие функции мультиплексоров, детекторов движения и специализированных видеомагнитофонов. Они могут строиться как на базе PC-компьютеров, так и на non-PC платформах.

Видеорегистраторы с количеством каналов от 1 до 32 оцифровывают видеосигналы, поступающие с камер, и сжимают их для компактного хранения на жестких дисках. Такие устройства обладают широкими возможностями настройки записи, позволяют использовать оптимальные алгоритмы сжатия и эффективное детектирование событий.

Видеорегистраторы позволяют формировать архивы видеозаписей многомесячной длительности, гибко планировать режимы наблюдения и вести мультиплексированную запись со скоростью до 25 кадров в секунду на канал. Записи могут тиражироваться и сохраняться без потери качества в течение неограниченного времени.

По сравнению с видеомагнитофонами цифровые видеорегистраторы отличаются большей надежностью и долговечностью, практически не требуют профилактического обслуживания. Благодаря этим качествам на современном этапе они практически полностью вытеснили аналоговую видеотехнику.

Устройства передачи видеоизображения

Для передачи телевизионного сигнала могут использоваться как проводные каналы связи (коаксиальные кабели, телефонные линии, волоконно-оптические линии), так и беспроводные каналы: радио- или ИК-канал.

Наиболее стабильная и качественная работа системы возможна при использовании коаксиальных кабелей. Максимальное расстояние от телекамеры до приемника видеосигнала зависит от типа используемого кабеля и для лучших образцов не превышает 500 метров.

Для передачи сигнала на большие расстояния применяются видеоусилители и модемы (передатчики-модуляторы и приемники-демодуляторы). При этом видеосигнал с помощью специальной аппаратуры преобразуется, запоминается и передается с использованием модема. Время передачи может составлять от долей секунды до минуты в зависимости от требований к качеству изображения.

В настоящее время наиболее широко используются следующие системы передачи изображений по цифровым и обычным телефонным линиям:

• системы с компрессией изображений по принципу «условного обновления» (CR), предназначенные для передачи информации только об изменениях изображения от кадра к кадру;
• системы с MPEG-компрессией, использующие специальные алгоритмы сжатия изображений движущихся объектов;
• системы с JPEG-компрессией, обеспечивающие независимое сжатие каждого кадра изображения.

В специализированных системах видеонаблюдения, где требуется повышенная помехозащищенность, конфиденциальность информации и высокая разрешающая способность, применяются волоконно-оптические линии связи. Дальность действия таких систем практически не ограничена.

Относительно высокая стоимость оптоволоконных систем обусловлена отсутствием у телекамер стандартного выхода для подключения оптоволокна, что требует использования преобразователей электрического сигнала в оптический и обратно. Кроме того, прокладка, сращивание и подключение таких линий являются достаточно сложными.

При создании мобильных и переносных систем, а также в случаях, когда прокладка кабельных линий невозможна или нецелесообразна, используются радиоканалы связи. Дальность передачи при этом составляет от нескольких сотен метров до нескольких километров.

Однако такие системы имеют существенные недостатки: они могут создавать помехи бытовому телевещанию, а сигнал в зоне действия передатчика может быть перехвачен злоумышленником.

Этих недостатков лишены радиосистемы, работающие в сантиметровом диапазоне, а также инфракрасные системы. Последние не требуют разрешения на использование от Государственного комитета по радиочастотам, однако работают только в зоне прямой видимости, а их дальность действия существенно зависит от оптической плотности среды (снег, дождь, туман, пыль и т. п.).