Выбор камеры для системы видеонаблюдения (CCTV)

При построении системы видеонаблюдения перед проектировщиком всегда встает вопрос выбора оборудования. И от того насколько грамотно он подойдет к решению данной задачи зависит эффективность работы всей системы CCTV в целом. Система видеонаблюдения состоит из распределенных по объекту видеокамер и устройства обработки, хранения и вывода видеоинформации (в простейшем варианте – это видеорегистратор (DVR)) В этой статье я расскажу, как правильно выбрать «глаза» системы CCTV – видеокамеры.

Современная тенденция производителей видеокамер для CCTV состоит в том, чтобы выпускать на рынок полностью законченный продукт: с установленным объективом, в защитном кожухе и даже со встроенной ИК-подсветкой. Это с одной стороны облегчает работу проектировщика. С другой стороны приводит к тому, что подбором видеокамер начинают заниматься люди, не знающие элементарных основ в данном вопросе. Но спроектировать эффективную систему CCTV возможно только зная и понимая все технические параметры оборудования.

Отметим два типа параметров, на которые стоит обратить внимание при выборе камер для системы видеонаблюдения: основные и вспомогательные. К основным техническим параметрам относятся такие как: тип и формат матрицы, фокусное расстояние объектива, разрешающая способность камеры. Эти параметры должен знать и понимать даже начинающий проектировщик, в противном случае подбор видеокамер для объекта будет скорее похож на игру в рулетку. Вспомогательные параметры помогают профессионалам правильно выбрать именно те видеокамеры, которые помогут решить поставленные задачи перед системой CCTV и позволят не переплачивать за бесполезные функции.

Перечислим эти параметры и объясним их значение.

Тип матрицы

Выбирая видеокамеру для системы видеонаблюдения необходимо обратить внимание на тип её матрицы. На сегодняшний день существуют два основных типа матриц: CMOS и CCD.

И у CMOS и у CCD-матриц есть свои достоинства и недостатки. Недостатками CMOS-матриц является низкий коэффициент заполнения пикселей, которое ведет к снижению чувствительности, высокий уровень шумов, узкий динамический диапазон. Однако у данного типа матриц есть неоспоримые преимущества: высокое быстродействие, низкое энергопотребление, возможность считывания информации с каждой отельной ячейки и, что не маловажно, низкая стоимость сенсора.

Сегодня накопленный опыт в производстве сенсоров CMOS и новые разработки по обработке полученного изображения позволили производителям сделать огромный шаг вперед. Добившись качества изображения близкого, а в некоторых случаях и превосходящего, по качеству, полученному с помощью сенсоров CCD. Правда из-за усложнения технологии производства качественных CMOS сенсоров выросла и их цена.

Преимуществом CCD-матриц является более низкий уровень шумов, больший динамический диапазон и чувствительность. Недостатки данного типа матрицы: большая стоимость (чем у CMOS), более высокое энергопотребление и низкое быстродействие.

Существуют и другие типы сенсоров, такие как Foveon X3-сенсор, являющиеся, по сути, развитием CMOS технологии. Но на сегодняшний день пока не использующийся в CCTV, поэтому не рассматриваемый в этой статье.

За формирование и обработку изображения кроме матрицы отвечают и другие элементы камеры, такие как: сигнальный процессор (DSP), объектив и т. п. Качество «картинки» зависит от всех составляющих.

Исторически так сложилось, что на сегодняшний день в аналоговых камерах CCD-матрицы имеют большее распространение. А CMOS-матрицы широко используются в IP-камерах, у которых появилась возможность использования преимущества данной технологии (прогрессивная развертка, подстройка экспозиции каждого пикселя и т. п.).

Формат матриц

Формат матрицы – это округленное значение диаметра передающей трубки в дюймах. Говоря проще – это физический размер матрицы. Формат матрицы обычно указывается в дюймах и бывает следующего размера: 1”, 2/3”, ½”, 1/3”, ¼”.

Сегодня наиболее распространены матрицы размером 1/3 и ¼ дюйма. Прежде всего, из-за более низкой стоимости этих матриц, чем их больших собратьев. К тому же с каждым годом видеокамеры «становятся» все миниатюрней, поэтому размер матрицы также уменьшается.

При выборе бюджетной видеокамеры с CCD-матрицей, предпочтительней выбирать формат 1/3”. Так как больший размер матрицы, при одинаковом количестве пикселей, имеет большую чувствительность (из-за большей площади пикселей), тем самым внося меньший уровень шумов и выдавая лучшее качество изображения. Формат матрицы необходимо знать для правильного выбора объектива.

Фокусное расстояние объектива

Объективы подразделяются на варифокальные, с изменяемым фокусным расстоянием и углом обзора, и фиксированным фокусным расстоянием. Варифокальные в свою очередь делятся на объективы с ручной регулировкой фокусного расстояния и дистанционной (оптическое увеличение).

Для построения систем CCTV обзорного наблюдения рекомендуется использовать камеры с фиксированным фокусным расстоянием объектива. Там, где изначально невозможно точно рассчитать угол обзора камеры, необходимо использовать варифокальный объектив. Камеры с трансфокаторами используются там, где необходима возможность общего и детального обзора объекта.

В зависимости от формата матрицы и фокусного расстояния объектива у видеокамеры есть определенный угол обзора. Угол обзора определяет зону видимости камеры по горизонтали и вертикале. Для матриц формата 1/3 он высчитывается по формуле:

W = 4,8L/f , H = 3,6L/f ,

где W и H – ширина и высота видимого участка, в метрах,

L – расстояние до видимого участка, в метрах,

f – фокусное расстояние объектива, в миллиметрах.

Не стоит однако думать, что выбрав максимальный угол обзора для всех камер видеонаблюдения, мы получим максимальный эффект от системы CCTV. В видеонаблюдении есть такое понятие как вероятность распознавания объекта заданного размера на определенном расстоянии. При больших углах обзора, изображение объектов становиться отдаленней и меньше, к тому же из-за аберраций оптической системы качество отображения объектов падает.

Таким образом, если камера должна идентифицировать человеческие лица, а на экране мы видим человека в полный рост, то очень вероятно, что идентификация лиц в таких условиях будет невозможна.

Диафрагма объектива

Диафрагма – это устройство, выполняющее роль «зрачка» для светочувствительного элемента видеокамеры.

В современных камерах видеонаблюдения, как правило, используются системы автоматической регулировки диафрагмой. При ярком освещении отверстие диафрагмы, пропускающее свет на матрицу, сужается, предотвращая «ослепление» камеры; при низкой освещенности диафрагма полностью открывается, позволяя «захватить» максимально возможное количества света. Для количественной оценки возможностей диафрагмы введено понятие апертуры.

Апертура

Значение апертуры представляет собой отношение фокусного расстояния линзы к диафрагме. Обозначается обычно F/2.0 или F/1.8. Чем меньше значение F, тем больше апертура (отверстие диафрагмы), тем больше света может попасть на матрицу. Значение F/2.0 обозначает, что апертура равна половине размера линзы. У варифокальных объективов апертура обычно указывается в виде диапазона двух значений (напр. F/1.4 – F/300) при минимальном и максимальном фокусном расстоянии.

Электронный затвор

Это программно-аппаратный механизм, регулирующий время накопления заряда на матрице. Электронный затвор может быть автоматическим или ручным.

Электронный затвор регулирует скорость считывания информации с сенсоров. Данный параметр критичен, когда ведется съемка быстродвижущихся объектов. В таких условиях скорость затвора возрастает, и изображение не смазывается. А в условиях высокой освещенности, предотвращается перенасыщение пикселей светом, что позволяет удерживать яркость выходного сигнала в заданном пределе.

У современных видеокамер диапазон регулировки электронного затвора составляет 1/50 — 1/100000 сек.

Тип крепления объектива

Полноразмерные камеры видеонаблюдения имеют два типа крепления объектива: CS- или С-тип. Камерам с креплением CS-типа возможно использовать объективы как с CS, так и с С-типом крепления (при установке дополнительного кольца). А для камер с креплением C-типа использование объективов CS-типа невозможно.

Чувствительность

Под чувствительностью понимают минимальную освещенность объекта, при которой возможно различить данный объект.

Способы увеличения световой энергии, достигающей пикселя, за счет применения микролинз, расширения спектра излучения в ИК-область, на которое реагирует пиксель, суммирование информации соседних пикселей, позволили увеличить общую чувствительность матриц в несколько раз. Но возможности этих технологий на сегодняшний день уже почти достигли своего предела.

Чувствительность камер указывается при определенной апертуре (как правило, при полностью открытой диафрагме). Реальная чувствительность камеры при других значениях апертуры будет отличаться от заявленной.

Очень часто производители применяют маркетинговые уловки, указывая чувствительность камеры в, так называемом, режиме накопления заряда. В таком режиме чувствительность доходит до 0,0001 Лк.

Вот только польза от применения данной технологии весьма сомнительна, так как при съемке движущегося объекта в режиме накопления заряда, объект будет сильно смазан, что не приведет к повышению информативности, а только ухудшит распознавание.

Разрешение камеры наблюдения

Разрешение камеры видеонаблюдения измеряется в телевизионных линиях (ТВЛ). Если говорить об аналоговой камере, то её разрешающую способность ограничивает существующий стандарт CCIR/PAL – 720×576 пикселей. При существующем стандарте изображения максимальное количество ТВЛ для цветного изображения не может быть больше 540.

Поэтому когда некоторые не очень добросовестные производителями указывают 570 или 580 ТВЛ для своих камер – нужно понимать, что это просто маркетинговая уловка. Также необходимо понимать, что аналоговому сигналу свойственно затухать в кабеле. И даже если видеокамера выдаст 540 ТВЛ,  пройдя какое-то расстояние в коаксиальном кабеле значение ТВЛ уже будет ниже. Этого недостатка лишены IP-камеры, но у них есть другие «подводные камни», которые мы не будем затрагивать в данной статье.

Динамический диапазон

Динамический диапазон – это количественная оценка возможности матрицы одновременно воспринимать максимально яркий и максимально темный элемент изображения.

На сегодняшний день существуют камеры с динамическим диапазоном до 120 дБ. Для достижения столь широкого динамического диапазона применяется специальная технология обработки полученного изображения — Pixim. В традиционной аналоговой камере видеонаблюдения динамический диапазон варьируется в пределах 50 дБ.

Отношение сигнал/шум

Безразмерная величина, равная отношению мощности полезного сигнала к мощности собственного шума микросхем, отвечающих за обработку и усиление видеоизобраджения. Является количественной оценкой содержания паразитных шумов в полезном сигнале. Выражается в децибелах. В видеокамере номинальное отношение сигнал/шум показывает качество обработки изображения и величину вносимых собственных шумов в полезный уровень сигнала. Чем больше это отношение, тем меньше помех и искажений будет иметь изображение на экране монитора.

У большинства современных аналоговых видеокамер этот показатель варьируется в пределах 50 дБ. Хотя с учетом применения новых технологий обработки изображения это отношение может повышаться более чем в два раза.

Компенсация встречной засветки (BLC)

При использовании камеры видеонаблюдения на улице, может создаться ситуация, когда при общей средней или низкой освещенности, сенсор камеры будет засвечен встречным ярким светом (например, светом фар автомобиля).

В современных камерах наблюдения для предотвращения ослепления камеры включается система компенсации встречной засветки (BLC).

Режим BLC позволяет выбрать наиболее оптимальные условия съемки при больших перепадах яркости в кадре и автоматически устанавливает необходимый уровень контрастности на ярких участках. В этом режиме уровень освещенности фона компенсируется электронным способом, благодаря чему получается более информативное изображение.

В камерах разных производителей и разных ценовых диапазонов данная функция реализуется по-разному. В бюджетных камерах BLC отрабатывает по центральной части кадра, в камерах с цифровой обработкой имеется возможность программно устанавливать область изображения, в которой будет работать функция BLC.

Автоматический баланс белого

Для естественной цветопередачи изображения в различных условиях освещения в камерах видеонаблюдения используется функция автоматической регулировки баланса белого. У каждого объекта есть своя цветовая температура, которая измеряется в Кельвинах (К).

Например у пламени свечи цветовая температура около 1800 К, восхода солнца – 3800 К, лампы накаливания – 2500 К. Человек при любом освещении видит белые предметы белыми – это свойство адаптации человеческого мозга к изменению условий освещения.

Логика сигнального процессора (DSP) исходит из предположения, что самые яркие фрагменты на изображении являются истинно белым цветом, и все остальные цвета корректируются относительно этого предположения.

Автоматическая регулировка усиления (АРУ)

АРУ – это система поддержания уровня выходного сигнала в заданном пределе. При автоматической регулировке усиления камера изменяет коэффициент усиления сигнала в зависимости от его уровня на входе.

АРУ сглаживает изменения уровня сигнала и позволяет получить приемлемую по качеству «картинку» при плохой освещенности объекта. Диапазон регулировки автоматического усиления ограничивается 20 дБ, так как большее усиления приводит к значительному зашумлению видеосигнала и, как следствие, ухудшению изображения. Данная функция присутствует во всех современных камерах видеонаблюдения.

(информация с сайта http://cbez.ru)