Системы охранного телевидения (видеонаблюдение) презентация

Система видеонаблюдения
Видеонаблюдение (CCTV) (Сlosed Circuit Television — закрытый контур телевидения) — процесс получения видеоинформации с целью решения следующих задач:
- текущий визуальный контроль ситуации,
- изучение и анализ уже случившихся событий по видеозаписи,
выполнение охранных функций в т.ч. распознавание лиц и распознавание автомобильных номеров и др.

Системы видеонаблюдения
Комбинированная система видеонаблюдения
Аналоговая система
Цифровая система

Аналоговое видеонаблюдение

Видеорегистратор

Цифровая система видеонаблюдения
Цифровые видеокамеры,
Коммутатор,
Блок питания,
Компьютер (устройство хранения - жесткие диски размещены в
компьютере),
Кабельная система (кабель «витая пара с разъемом RJ-45).
Комбинированная система видеонаблюдения
Аналоговые и цифровые видеокамеры,
Блок питания,
Компьютер,
Кодер для аналоговых видеокамер,
Кабельная система (локальная сеть)
Аналоговая система видеонаблюдения
Аналоговые видеокамеры,
Блок питания,
Видеорегистратор (квадратор) или плата видеозахвата
Устройство хранения жесткие диски (размещены в видеорегистраторе),
Монитор,
Кабельная система (коаксиальный кабель с разъемом BNC)

Сравнение аналоговых и IP-видеокамер

Комбинированная система видеонаблюдения

Компоненты системы видеонаблюдения
Квадратор — устройство для одновременного вывода изображения от камер (обычно 4 или 8) на один монитор. (В настоящее время используется редко, так как эту функцию выполняет видеорегистратор).

Мультиплексор — устройство для последовательного вывода изображения от нескольких видеокамер на один монитор или один видеомагнитофон.
Матричный коммутатор – центральное устройство, которое имеет несколько видеовходов и несколько видеовыходов и служит для подсоединения видеокамер, видеомагнитофонов, детекторов движения, мониторов и т.д.
Видеорегистратор (DVR – Digital Video Registrator) — цифровое устройство для работы с аналоговыми видеокамерами с возможностью записи видеоизображения на жёсткий диск (HDD).

Назначение портов:
аналоговый видеовход для подсоединения аналоговой камеры через коаксиальный кабель, порт Ethernet/Power over Ethernet для подключения к IP-сети для отправки и получения данных и питания устройства и камеры, если есть поддержка технологии Power over Ethernet,
последовательный порт (RS-232/422/485), используется для контроля над функцией панорамирования/наклона/масштабирования аналоговой PTZ-камеры,
порты ввода/вывода для подключения внешних устройств, например, датчиков для обнаружения события и оповещения, реле для активации источников света при обнаружении события,
аудиовход для подключения микрофона или другого линейного ввода и аудиовыход для подключения
громкоговорителей.
Видеокодер

В сетевой видеосистеме команды панорамирования / наклона / масштабирования с панели управления осуществляются через ту же IP-сеть, что и видеопередача, и направляются к аналоговым PTZ-камерам или купольным PTZ-камерам через порт последовательного соединения видеокодера (RS-232/422/485).
Видеокодер

Типы кожухов
Обогреваемые
Влагозащищенные
Антивандальные
Поворотные

Видеокамеры
1. Фиксированные.
2. Поворотные (PTZ - камеры): механические, немеханические.
(PTZ – Pan/Tilt/Zoom – Панорамирование / Вертикальный наклон / Изменение масштаба. Допускают поворот на угол не более 360 град).
3. Купольные управляемые (допускают непрерывное вращение)
PTZ - камера

Элементы видеокамеры
- Объектив
- Приемная светочувствительная матрица
- Оптические фильтры
- Электронный блок обработки сигнала

Элементы видеокамеры
Приемная матрица
ПЗС – прибор с зарядовой связью (англ. CCD – Charge Coupled Device)
КМОП – комплементарный металл-оксидный
проводник (англ. CMOS – Complementary Metall-Oxide Semiconductor)
У ПЗС датчиков лучше
чувствительность и
меньше шумы чем у
КМОП датчиков.
Однако КМОП датчики
более доступны и
дешевле ПЗС датчиков.

Фильтры.
Режим «день/ночь»
ИК диапазон электромагнитных волн не виден человеческим глазом, но большинство матриц камер может его обнаружить и использовать. В течение дня камеры для круглосуточного наблюдения используют фильтр отсечки ИК-излучения. Это делается для фильтрации инфракрасного света, который может искажать видимые человеком цвета. В режиме ночной (черно-белой) съемки фильтр отсечки ИК-излучения убирается, позволяя достичь светочувствительности до 0,001 люкс или ниже.

Освещенность

Ориентировочные величины освещенности

Элементы видеокамеры
Объективы:
Длиннофокусный: угол раствора ~ 15 град,
Нормальный: угол раствора ~ 30 град,
Короткофокусный (широкоугольный): угол раствора ~ 60 град

Устройство видеокамеры
Угол обзора камеры

Диафрагменное число
F0.7; F1; F1.4; F2; F2.8; F4; F5.6; F8; F11.3; F16; F22
Фокусом называется расстояние от линзы до ПЗС (КМОП) –матрицы.
Чем меньше диафрагменное число, тем больше отверстие и тем больше световой энергии попадает на матрицу.

Диафрагменное число
Таким образом, каждое последующее диафрагменное число получается путем умножения (или деления) предыдущего на 1,414

Светосилой называется отношение максимального диаметра отверстия диафрагмы к фокусному расстоянию.
Светосила = d max / f
Светосила объектива указывается как отношение, например, 1:1.4, где второе число соответствует минимальному диафрагменному числу.
Светосила объектива.

ГЛУБИНА РЕЗКОСТИ
Глубина резкости – это диапазон расстояний, в котором получается резкое изображение снимка.
- Чем больше отверстие диафрагмы (и, соответственно, чем меньше диафрагменное число), тем меньше глубина резкости и наоборот, с уменьшением отверстия диафрагмы глубина резкости увеличивается.
- Чем короче фокусное расстояние, тем выше глубина резкости. (У короткофокусных объективов глубина резкости больше).

Расчет глубины резкости
d – диаметр кружка рассеивания, принимается равным 1/1500 диагонали матрицы,
F – диафрагменное число,
L – расстояние до плоскости съемки,
f – фокусное расстояние .
Гиперфокальным называется расстояние, с которого изображение объекта становится резким при установке объектива на бесконечность
www.vladimirmedvedev.com

Поле зрения объектива и размеры матриц

Формулы для определения размера изображения
Размер “видиконовского” дюйма равен 2/3 размера обычного дюйма.

- Матрицы размера 1 / 3.2″ – самые маленькие матрицы, соотношение сторон 4:3, физический размер 3.4 * 4.5 мм, используются в недорогих фотоаппаратах.
- Матрицы размером 1 / 2.7″ , соотношение сторон 4:3, физический размер 4.0 * 5.4 мм, используются в недорогих и компактных фотоаппаратах.
- Матрицы размера 1 / 2,5″, соотношение сторон 4:3, то есть 4,3 * 5,8мм используются в большинстве компактных камер с несменной оптикой.
- Матрицы размера 1 / 1,8″ , соотношение сторон 4:3, геомертический размер 5,3 * 7,2 мм, используются в компактных камерах с несменной оптикой, среднего и выше среднего ценового диапазона (обычно в фотоаппаратах с разрешением от 8 Мпикс).
- Матрицы размера 2 / 3″ , соотношение сторон 4:3, физический размер 6,6 * 8,8 мм иногда используются в дорогих компактных камерах с несменной оптикой.
- Матрицы размера 4 / 3″ , физический размер 18 * 13,5 мм, соотношение сторон 4:3, используются в дорогих камерах.
- DX, APS-C формат, соотношение сторон 3:2, размер около 24 * 18 мм. Матрицы таких размеров наиболее часто встречаются в цифровых зеркальных фотоаппаратах. Они соответствуют «полукадру» 35 мм кадра. Подавляющее большинство любительских, полупрофессиональных и даже профессиональных камер используют матрицы такого размера в силу того, что они относительно дёшевы в производстве и при этом размер пикселя остаётся довольно большим даже при 10 Мп разрешении.
Размеры матриц

Пример

При замене объектива важно знать какой у камеры тип узла крепления объектива. В сетевых камерах используются два основных стандарта: CS-mount и C-mount. Оба имеют 1-дюймовую резьбу и выглядят одинаково. Разница — в расстоянии от установленного в камеру объектива до датчика:
> Узел крепления CS-mount. Расстояние между датчиком и объективом 12,5 мм.
> Узел крепления C-mount. Расстояние между датчиком и объективом 17,526 мм.
При использовании проставки толщиной 5 мм (С/СS кольцевой адаптер) возможна установка
объектива C-mount на камеру CS-mount. Если сфокусировать камеру невозможно, то, скорее
всего, был использован неподходящий тип объектива.
Узел крепления объектива видеокамеры

Разрешение аналоговых видеокамер
Видеокадры складываются из множества отдельных , организованных по типу матрицы элементов изображения, которые называются пиксели. Таким образом, пиксель –это элемент изображения, из которых складывается кадр.

Разрешение цифровых мегапиксельных видеокамер

Типы развертки изображения
При передаче изображения с чересстрочной разверткой в единицу времени передается только половина строк изображения (чередование четных и нечетных строк). При воспроизведении изображения с чересстрочной разверткой на экранах с построчной разверткой, например, компьютерных мониторах,движущиеся изображения становятся размытыми.

Зашумленное изображение
При большой амплитуде шумов изображение становится «зашумленным». Физически это проявляется, как наложение на изображение множества мельчайших цветных точек.

В настоящее время широко используются три различных стандарта сжатия видеоизображения:
Motion JPEG, MPEG-4 Part 2 (или просто MPEG-4) и H.264. H.264 — самый современный и наиболее эффективный стандарт сжатия видеоизображения.
В ходе сжатия исходный видеосигнал обрабатывается с помощью алгоритма для создания сжатого файла, готового к передаче и хранению. Для воспроизведения сжатого файла применяется инверсный алгоритм, который фактически дает то же самое видеоизображение, что и оригинальный источник видеосигнала. Время, необходимое для сжатия, передачи, восстановления и отображения файла, называется временем ожидания. Чем сложнее алгоритм сжатия, тем выше время ожидания. Совместная работа пары алгоритмов называется видеокодеком.
Сжатие видеоизображения

Сжатие видеоизображения
При сжатии видеоизображения (например, MPEG-4 и H.264) используется межкадровое предсказание, позволяющее сократить объем видеоданных в последовательности кадров. Для этого применяются такие технологии, как кодирование по отличиям, где текущий кадр сравнивается с опорным кадром и затем происходит кодирование только изменившихся пикселей. Таким образом, сокращается количество пиксельных значений для кодирования и отправки.

Сравнение стандартов сжатия

Емкость запоминающего устройства
HDD = N • 3600 • v • w • m • n, кбайт
где:
N – количество камер,
3600 – время в сек,
v – емкость одного кадра, кбайт,
w – частота съемки, кадров/сек,
m – количество часов съемки в сутки,
n – количество суток съемки.
Для определения емкости жесткого диска необходимо учитывать:
1. Разрешение кадра
2. Цветность
3. Метод и степень компрессии
4. Время непрерывной записи
5. Количество камер
6. Темп записи на каждую камеру

На представленном графике использовался алгоритм компрессии Delta-Wavelet и приведена зависимость размера кадра от типа сцены для черно-белых камер. Для расчета размера кадра для цветных камер размер увеличивается на 20%.
Кодер H.264 может снижать размер цифрового файла на 80% по сравнению с форматом Motion JPEG и на 50% по сравнению с о стандартом MPEG-4.
Запись 25 кадров в секунду – это режим реального времени.
Запись 3 - 5 кадров в секунду – практически отражает все происходящие события.
Емкость запоминающего устройства

Емкость запоминающего устройства
http://www.axis.com/products/video/design_tool/calculator.htm (2)
http://www.iss.ru/products/calc (1)

Кабели и разъемы для аналоговой системы видеонаблюдения

Марки коаксиального кабеля
RG-59 — телевизионный кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Российский аналог РК-75-х-х («радиочастотный кабель»);
RG-6 — телевизионный кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Кабель категории RG-6 имеет несколько разновидностей, которые характеризируют его тип и материал исполнения. Российский аналог РК-75-х-х;

Разъем BNC обжимной
Разъем BNC накручивающийся

Кабели и разъемы для цифровой системы видеонаблюдения

Неэкранированная витая пара (UTP — Unshielded twisted pair)
Экранированная витая пара (STP — Shielded twisted pair)
Фольгированная витая пара (FTP — Foiled twisted pair)
Фольгированная экранированная витая пара (FSTP — Foiled Shielded twisted pair)

Для 10Base-TX и 100Base-TX задействованы лишь оранжевые и зеленые проводки (контакты 1+2 и 3+6). Синюю пару часто используют для телефонных линий (контакты 4+5). Для технологий 1000Base-TX и ряда других задействованы все 8 контактов. Также для Gigabit технологий рекомендуется использовать экранированую витую пару.
Разводка жил в витой паре для разъема RJ-45

Обозначения в системах видеонаблюдения
РД 78.36.002-99 ГУВО МВД Росссии

Назовите элементы

Перечислить состав аналоговой системы видеонаблюдения.
Перечислить состав цифровой системы видеонаблюдения.
Какой кабель используется для подключения аналоговых видеокамер.
Какой кабель используется для подключения цифровых видеокамер.
Как называется разъем для подключения аналоговых видеокамер.
Как называется разъем для подключения цифровых видеокамер.
Контрольные вопросы

7. Могут ли в систему видеонаблюдения одновременно включаться аналоговые и цифровые видеокамеры.
8. Для каких целей в системах видеонаблюдения используется устройство, называемое видеокодер.
9. Перечислите основные узлы видеокамеры.
10. Для чего в видеокамере используется приемная матрица, и какие типы матриц бывают?
11. Что такое освещенность (написать формулу) и в чем она измеряется?
12. Перечислить три типа объективов.
13. Какой объектив позволяет проводить съемку удаленных объектов, короткофокусный или длиннофокусный?

14. У какого объектива поле зрения больше, у короткофокусного или длиннофокусного?
15. Что такое диафрагменное число (написать формулу)?
16. Есть два объектива: первый с диафрагменным числом 1.4 и второй с диафрагменным числом 2.8. Каким объективом нужно пользоваться в условиях плохой освещенности?
17. Какую максимальную длину коаксиального кабеля рекомендуется использовать?
18. Какую максимальную длину кабеля «витая пара» рекомендуется использовать?
19. Что такое глубина резкости?
20. У какого объектива глубина резкости больше, с малым или большим отверстием диафрагмы?