Цифровые фотоаппараты и видеокамеры, тепловизоры, дактилоскопические сенсоры

11.3. Камеры видеонаблюдения

Черно-белые и цветные светочувствительные матрицы стали основой для разработки разнообразных камер видеонаблюдения, предназначенных для визуального наблюдения за событиями, происходящими в интересующих пользователя зонах. Уже промышленно выпускаются и применяются многие десятки типов таких камер, отличающихся своим назначением, конструктивным исполнением, размерами и техническими возможностями. Различают следующие группы таких камер: предназначенные для видеонаблюдения на улице и в помещениях; для видеонаблюдения за относительно небольшой локальной зоной и для широкоугольного и даже панорамного видеонаблюдения; предназначенные для кратковременного видеонаблюдения и для видеозаписи происходящих событий с целью их долговременного хранения (регистрационные).

11.3.1. Уличные камеры видеонаблюдения

Камеры видеонаблюдения, устанавливаемые на улице, должны быть рассчитаны на работу в широком диапазоне климатических условий: в жару и в мороз, в сухую погоду и при 100%-й влажности, в яркий солнечный день и в ночное время. Они должны быть защищены от ливней и обледенений, зачастую и от вандализма. Для защиты камер от погодных условий применяют козырьки, кожухи, иногда кожухи с обогревателями, поддерживающими температурный режим работы камеры даже в лютый мороз. Для защиты от вандализма применяют толстые ударопрочные стекла. Для работы в ночное время часто используют встроенную светодиодную подсветку. Перед светодиодами устанавливают мини-линзы, обеспечивающие направленность излучаемого света именно в просматриваемую зону пространства. При этом, как правило, используют тот факт, что кремниевые фотодиоды чувствительны к ближнему инфракрасному (ИК) свету с длиной волны до 1,1 мкм. Поэтому для подсветки в темноте применяют светодиоды, излучающие свет в указанной области спектра. Это называют "ИК подсветкой". Во-первых, она выгодна энергетически, поскольку энергия квантов ИК света меньше, чем видимого. А, во-вторых, человеческий глаз не воспринимает свет с длиной волны больше 0,75 мкм и поэтому не ощущает "ИК подсветку".

Некоторые примеры уличных камер видеонаблюдения приведены на рис. 11.4. Герметичная уличная камера видеонаблюдения AVC-211 ( рис. 11.4, а ) со встроенным объективом и кронштейном предназначена для установки на стену. Специальная технология герметизации корпуса гарантирует работу камеры в диапазоне температур от –50 до +50 С при любой влажности и даже после кратковременного пребывания под водой. Разрешающая способность видеокамеры 420 ТВЛ ("телевизионных линий", т.е. строк). В цветном режиме она может работать при минимальной освещенности 0,5 лк (люкс), а в черно-белом – даже при 0,01 лк. Её габариты 50x85x200 мм.

Цилиндрическая черно-белая камера видеонаблюдения AVC-245 ( рис. 11.4, б ) не требует установки в термокожух, имеет чувствительность 0,003 лк разрешающую способность тоже 420 ТВЛ и встроенный магистральный усилитель, обеспечивающий передачу видеосигнала по коаксиальному кабелю РК-75-2 на расстояние до 1500 м.

Рис. 11.4. Примеры уличных камер видеонаблюдения

Камера видеонаблюдения AVC-201 с конструкцией "шар в стакане" диаметром 60 мм и длиной 70 мм показана на рис. 11.4, в. Сферообразное исполнение и поворотный объектив позволяют направлять объектив практически в любую сторону, не меняя положение врезной части корпуса самой камеры. Камера имеет встроенную ИК подсветку – через мелкие отверстия в сфере.

Цветная камера видеонаблюдения CT-315С ( рис. 11.4, г ) имеет диаметр 62 мм, длину 125 мм и встроенную направленную ИК подсветку, которая автоматически включается при освещенности ниже 3 лк и обеспечивает просмотр пространства до 15 м.

Цветная поворотная камера DD53CBW-X ( рис. 11.4, д ) может вращаться в своём корпусе на 360 по горизонтали со скоростью от 0,1 до 80 угловых градусов за секунду в "ручном" режиме, когда поворотом управляет оператор с центрального пульта, до 150 /с в режиме "турбо", когда камера вращается автоматически, осуществляя круговой обзор. С центрального пульта управления оператор может изменять также угол наклона камеры по отношению к горизонту от +2 до –92 . Камера имеет и "трансфокатор", который за счет изменения фокусного расстояния объектива может обеспечивать дистанционное изменение масштаба изображения до 23 раз. Кроме того, возможно еще и 10-кратное "цифровое" увеличение.

Внешняя скоростная купольная камера видеонаблюдения AI-SD85 ( рис. 11.4, е ) благодаря встроенным нагревателям может работать при сверхнизких температурах, обеспечивая стандарт защиты от окружающей среды IP66. Скорость вращения в режиме "турбо" – до 300 /с. Трансфокатор обеспечивает возможность 27-кратного оптического приближения наблюдаемых объектов. Камера может обеспечить отображение на панораме меток сектора и позиции наклона, "негативное" изображение, "замирание изображения", 3D-сканирование, автоматическое "вырезание" из получаемого панорамного изображения до 8 программируемых конфиденциальных зон, автоматическое периодическое сканирование до трёх программируемых "маршрутов просмотра", включая заданные изменения наклона объектива и оптического увеличения (120 с на каждый "маршрут").

На рис. 11.5 показана панорамная камера видеонаблюдения AXIS 212, оснащенная объективом типа "рыбий глаз" и 3-мегапиксельной светочувствительной матрицей. Благодаря этому она обеспечивает автоматическое видеонаблюдение за всем окружающим ее пространством в секторе 105 в горизонтальном и 140 – в вертикальном направлениях. Изображения передаются через канал связи в виде общей панорамы или (по указанию пользователя) в виде отдельных зон с разрешающей способностью 640x480 пикселей каждая. Т.е. панорамная камера, оставаясь неподвижной, выполняет роль виртуальной поворотной видеокамеры, которая может осуществлять автоматическое визуальное "патрулирование" всей зоны.

Рис. 11.5. Панорамная камера видеонаблюдения AХIS 212

В ее состав входят также чувствительный микрофон, интеллектуальные детекторы движения и вновь появившихся звуков, двусторонняя аудиосвязь, позволяющая в случае необходимости поддерживать голосовой контакт отдаленного оператора с человеком, находящимся в зоне наблюдения. В случае заранее определяемых угрожающих ситуаций соответствующим видеосообщениям автоматически присваивается наивысший приоритет. В памяти процессора сохраняется ряд программных механизмов, которые гарантируют надежную защиту от несанкционированного доступа и защиту информации от фальсификации.

Уличные камеры "внешнего" видеонаблюдения всё шире и шире используются сейчас для охраны общественного порядка на вокзалах и в аэропортах, в учебных заведениях и на стадионах, в других местах массового скопления людей, на автомагистралях и на перекрестках оживленных городских улиц, на въездах и по периметрам охраняемых территорий. Неусыпно наблюдая за обстановкой и регистрируя её в памяти очень большой ёмкости, они в случае необходимости помогают быстрей и объективней разобраться в деталях произошедших событий. Нарушителям общественного порядка при наличии таких камер становится всё труднее остаться незамеченными и избежать ответственности.

11.3.2. Камеры "внутреннего" видеонаблюдения

Промышленность выпускает сейчас также десятки типов камер видеонаблюдения внутри помещений. Приведем лишь некоторые примеры. На рис. 11.6 показана высококачественная цветная камера видеонаблюдения STC-2008.

Рис. 11.6. Цветная камера видеонаблюдения STC-2008. Размеры 42х42х86,5 мм.

Эта камера работает в широком динамическом диапазоне освещенностей – до 120 дБ, имеет чувствительность до 0,03 лк, автоматическую регулировку усиления и компенсацию встречной засветки. Это позволяет камере формировать максимально качественное изображение при различных условиях освещения. Такие камеры целесообразно устанавливать в вестибюлях, на въездах в подземные гаражи, для наблюдения за зрителями в театрах, кинотеатрах, цирках, спортзалах, где ярко освещена только сцена, экран или арена, в дискотеках, в казино и ночных клубах, а также при иных условиях сложного неоднородного освещения. Диапазон рабочих температур – от –10 до +50 C, потребляемая мощность – 2 Вт.

Современная технология позволила создать миниатюрные камеры видеонаблюдения, примеры которых приведены на рис. 11.7. Все они легко встраиваются в предметы интерьера, оставаясь малозаметными, а то и практически незаметными.

Камера KPC-190DV с чувствительностью 0,05 лк устанавливается в двери вместо обычного "глазка" и обеспечивает разрешающую способность 420 ТВЛ. Если она установлена, то Вам уже не обязательно подходить к двери и выглядывать через оптический глазок. Посетителя Вы можете хорошо разглядеть на мониторе. В Ваше отсутствие камера может регистрировать всё происходящее перед Вашей дверью – непрерывно или эпизодически, например, в течение нескольких минут после нажатия посетителем кнопки звонка.

Камеру KPC-S20P4 размером 20x20 мм используют как для открытого, так и для скрытого ближнего наблюдения. Камера KPC-EX190B1 имеет диаметр 19 мм и длину 48 мм. А видеокамера WATEC LCL-619 по своим размерам меньше спичечного коробка. Она формирует кадры хорошего качества в диапазоне освещенностей объекта наблюдения от 10 000 до 1 люкса.

Рис. 11.7. Примеры миниатюрных камер видеонаблюдения

Выпускаются и бескорпусные камеры видеонаблюдения типа показанной на рис. 11.7 вверху справа. Показанная внизу справа беспроводная камера видеонаблюдения имеет мини-объектив, замаскированный под шляпку винта. Она идеально подходит для скрытого видео-аудио наблюдения, передает цветное изображение и звук на расстояние до 200 м в зоне прямой радиовидимости. Может быть подключена к любому устройству, имеющему аудио-видео вход, например, к телевизору, видеомагнитофону, ноутбуку или компьютеру.

11.3.3. Сетевые камеры видеонаблюдения

Следующим шагом в совершенствовании цифровых видеокамер стало т.н. " IP видеонаблюдение ". Были созданы т.н. " сетевые видеокамеры ", способные не только фиксировать видеоизображение, но и посылать его на любые расстояния по сети Интернет, а также по локальным сетям или беспроводным сетям Wi-Fi. Сетевые видеокамеры называют также "IP видеокамерами", а интегрированные в сеть Интернет – "вeб-камерами" ("web-камерами" или сокращенно "веб-кам").

Для обеспечения передачи видеоинформации в сеть в состав сетевой видеокамеры введены блок компрессии и встроенный сервер. Блок компрессии выполняет сжатие оцифрованного видеосигнала в один из стандартных форматов представления изображений в сетях, благодаря чему, часто довольно существенно, сокращается размер видеокадра. Это необходимо для ускорения передачи видеоизображений по сети. В принципе компрессия может быть выполнена программно на микрокомпьютере. Это было бы даже дешевле. Однако при этом трудно вложиться в жесткие временные рамки работы в online режиме. Поэтому большинство производителей выпускают вeб-камеры с аппаратной реализацией сжатия. Функции сервера обычно выполняет сам встроенный микрокомпьютер, используя специально записанную для этого микропрограмму.

Передаваемое сетевой видеокамерой изображение можно просмотреть на любом устройстве (персональный компьютер, ноутбук, КПК, мобильный телефон), имеющем доступ в Интернет или в соответствующую локальную сеть. Возможны разные режимы просмотра – в зависимости от записанной в микрокомпьютер камеры программы. В режиме непрерывного просмотра видеокамера непрерывно передает в сеть воспринимаемые текущие изображения контролируемого пространства. Чтобы его просматривать, надо через соответствующую сеть соединиться с видеокамерой по её индивидуальному сетевому электронному адресу. Если связь двусторонняя, то камерой можно и управлять: поворачивать в нужном направлении, менять оптическое увеличение и т.д. В режиме периодического просмотра видеокамера через заданные промежутки времени фиксирует изображение или целые видеосюжеты в своей памяти и выдает их по запросам в сеть. В режиме работы по запросу камера ведет передачу видеоизображений только в ответ на запрос пользователя и столько времени, сколько ему нужно.

Несколько примеров сетевых видеокамер представлено на рис. 11.8.

Рис. 11.8. Примеры сетевых видеокамер

IP камера AVIOSYS 9060A-SL предназначена для использования внутри помещений. Её масса 114 г, габаритные размеры – 58x28x108 мм. Она обеспечивает уровни разрешения 160x120, 320x240 и 640x480 с частотой до 30 кадров/с. Одиночные кадры передаются в формате JPEG, динамические видеосюжеты – в формате Motion-JPEG (AVI). Камера оснащена аналоговым аудио входом для подключения микрофона с целью передачи не только изображения, но и звука. В ее состав входит чувствительный программированный детектор движения. Если в зоне его видеонаблюдения появляется подвижный объект, то детектор сразу обнаруживает это, автоматически отсылает по заданному электронному адресу сообщение об этом и начинает передачу изображений через локальную информационную сеть или через Интернет. Передача изображений может производиться также по расписанию. В случае недостаточного освещения автоматически включается дополнительный источник света. Если это предусмотрено программой, то может быть автоматически включена и звуковая сирена. В камеру встроена защита паролем от несанкционированного доступа. Имеется возможность фильтрации нежелательных посетителей. При наличии двусторонней связи возможно дистанционное изменение уровней яркости, контрастности, масштабирование, поворот и зеркальное отражение изображения, отображение текущего времени. Флэш-память позволяет обновлять программное обеспечение камеры. Камера легко устанавливается: достаточно подключить её к информационной сети и присвоить ей IP адрес.

Прoфессиoнальная сетевая камера AXIS 210A размерами 88x38x146 мм предназначена для передачи видеoинфoрмации с объекта и передачи звука в двух направлениях. Она может oднoвременнo передавать видеoпoтoк в форматах MotionJPEG и MPEG-4 сoвместнo со звуком и автоматически оптимизирует качество передаваемoгo изображения и пoлoсу пропускания в сети. Благодаря встрoеннoму веб-серверу, доступ к AXIS 210A вoзмoжен через обычный веб-браузер. Информацию с неё могут oднoвременнo просматривать по сети до 20 пoльзoвателей при передаче в формате MotionJPEG и неoграниченнoе кoличествo пoльзoвателей в формате MPEG-4. Для предотвращения несанкциoнирoваннoгo доступа по сети данная камера, как и предыдущая, имеет защиту паролем, поддерживает функцию фильтрации IP адресов, имеет настраиваемый детектор движения, тревожный вход для подключения oхраннoгo датчика и релейный выход для подключения внешнего управляемoгo устройства. Она также может настраиваться на срабатывание по расписанию.

Сетевая видеокамера JVC VN-V686U оснащена бесшумным поворотным устройством с высокой точностью позиционирования, которое обеспечивает вращение видеокамеры со скоростью от 0,04 до 400 /с и наклон в пределах от минус 5 до +185 . Имеет 36-кратный трансфокатор, дополняемый 32-кратным цифровым увеличением. Благодаря подвижному ИК фильтру, сетевая видеокамера передает видео круглосуточно, а ее чувствительность "днем" и "ночью" составляет 0,5 и 0,04 лк, соответственно. Видео в формате MPEG-4 рекомендуется использовать для локального просмотра "живой" картинки и ее передачи удаленным пользователям, а в формате M-JPEG – для записи на ПК или на сетевой видеорегистратор. При необходимости камера VN-V686U может управляться дистанционно вручную с помощью джойстика. Эта сетевая видеокамера имеет функцию "Auto Tracking" – автоматического слежения за подвижным объектом. При активации этой функции и наличии движущегося объекта камера VN-V686U автоматически поворачивается вслед за ним и таким образом "держит" его в поле зрения неограниченное время. Для соблюдения конфиденциальности можно назначить до 8 зон в кадре, скрытых для записи. Сетевая камера запоминает размер и расположение масок и при повороте сохраняет эти зоны скрытыми.

Сетевые видеокамеры предоставили пользователям множество новых возможностей. Будучи, например, в командировке, Вы через Интернет можете посмотреть, что делается на Вашем рабочем месте, в Вашем доме, в ином интересующем Вас месте. Установив сетевую видеокамеру, например, в детской комнате, Вы можете на любом расстоянии, даже с другого континента наблюдать, как играет, учится, отдыхает Ваш ребенок, проконтролировать поведение няни, проверить её квалификацию, отношение к вашему ребенку.

Зайдя, например, на Интернет-сайт http://www.cannobio.net/webcam.asp, Вы можете, благодаря установленной там веб-камере, увидеть обстановку в уютном курортном городке Каннобио, расположенном на границе Италии и Швейцарии на берегу огромного красивейшего горного озера Лаго Мажжиоре.

Две сетевых видеокамеры, установленные одна – у Вас, другая – у Ваших партнеров – позволяют легко организовать видеоконференции. Этот перечень можно продолжить.

11.3.4. Специальные камеры видеонаблюдения

На рис. 11.9 слева показан общий вид т.н. " камеры глобального наблюдения " CA-ZOOM PTZ компании Everest VIT.

Рис. 11.9. глобального видеонаблюдения CA-ZOOM PTZ

Она предназначена для обследования и контроля изнутри состояния внутренних элементов цистерн, котлов, баков, подземных хранилищ, продуктопроводов и других больших труднодоступных резервуаров, имеющих входное отверстие размером от 100 мм. Интеллектуальная выносная видеокамера, показанная в увеличенном виде справа, крепится к штанге, которую вводят внутрь резервуара и могут "наращивать", насаживая дополнительные звенья, до длины 100 м и больше. Видеокамера соединяется с системой дистанционного управления кабелем длиной до 150 м. По командам от пульта управления выносная камера может свободно вращаться вокруг вертикальной и горизонтальной осей, внимательно "осматривая" всю внутреннюю картину резервуара. Она автоматически поддерживает нужный уровень освещения, выполняет фокусировку, выбор масштаба изображения (оптическое – до 25х, цифровое – до 12х) и экспозиции, передает видеоинформацию через кабель. Она может работать в загазованной и запыленной атмосфере, погруженная в воду, бензин, аммиак или другую жидкость на глубину до 45 м, при температуре от –18 С до +66 С. Она также является радиационно стойкой, выдерживает интенсивности облучения до 5000 рад/ч и поэтому применяется в ядерной энергетике для контроля за состоянием ядерных реакторов, каналов транспортирования ядерного горючего, бассейнов с отработанным топливом, емкостей для хранения радиоактивных отходов, систем охлаждения реакторов и т.п. Благодаря возможности делать измерения параллельными лазерными лучами, разрешающая способность этой видеокамеры такова, что позволяет различить проволочку диаметром 13 мкм на расстоянии 1,8 м.