Проектирование ТВ системы видеонаблюдения и контроля магазина "Янтарь"

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Введение

Системы телевизионного наблюдения предназначены для обеспечения безопасности на объекте. Они позволяют наблюдателю следить за одним или несколькими объектами, находящимися порой на значительном расстоянии как друг от друга, так и от места наблюдения. В настоящее время системы телевизионного наблюдения не являются экзотикой, они находят все более широкое применение во многих сферах человеческой жизни от наиболее простой системы телевизионного наблюдения, позволяющая наблюдать за ребенком или автомобилем возле дома до более сложных систем наблюдения. Электронные системы наблюдения позволяют выполнять не менее важные и более сложные задачи. Например, наблюдение за несколькими больными одновременно, движением транспортных потоков на оживленных магистралях или в портах. Существует целый ряд применений систем видеонаблюдения в научных исследованиях и в промышленности, например, для контроля за технологическими процессами и управления ими. При этом наблюдение может производится в условиях низкой освещенности или в средах, где присутствие человека не допускается. Успешно эти системы используются в магазинах, в казино, в банках, на автостоянках. Малокадровые системы для дома и офиса способствуют повышению безопасности и создают дополнительные удобства.

Однако основной задачей, с которой должна справляться система телевизионного наблюдения, и именно для этих задач они и создавались, - это обеспечения физической безопасности объекта, как самостоятельно, так и при совместной работе с другими системами безопасности.

При современных темпах криминализации общества и роста преступности, сложившейся общественно политической обстановке в стране, постоянной угрозы террористических актов просто необходима охрана периметра и территории, контроль доступа на объект его сотрудников, посетителей и транспорта, кассовыми терминалами магазинов ведение визуального наблюдения за состоянием различных частей объекта.

Преимущество охранного телевидения по сравнению с другими охранными системами заключается в его высокой информативности (90 % всей информации об окружающем мире человек получает благодаря органам зрения). Проверить правильность функционирования систем безопасности, убедиться в реальности тревоги, выработанной сигнализацией (охранной, пожарной, периметровой, антикражевой, автомобильной) можно не только посещением человеком места происшествия, но и дистанционно - с помощью охранного телевидения. Еще важнее предотвратить происшествие, обнаружив опасное движение на подступах к охраняемой зоне, расшифровав возможную угрозу по экрану видеомонитора, что особенно актуально для удаленных необслуживаемых объектов. И с этим охранное телевидение также успешно справляется.

Используемый в охранном телевидении стандарт на телевизионный сигнал изначально разрабатывался для вещательного телевидения с целью представления наблюдателю на одном экране одного изображения. Основными требованиями при разработке стандарта являлось создание техническими средствами на экране телевизора качественного изображения с учетом особенностей человеческого зрения, рационального использования частотного диапазона и совместимости различных систем телевидения.

Задачей охранного телевидения нередко является представление оператору одновременно нескольких (иногда многих) изображений из различных контролируемых зон, запись и передача видеосигналов от многих видеокамер. Получение этих изображений в режиме реального времени, т.е. без потери информации, возможно лишь при параллельной обработке видеосигналов, в противном случае (при использовании оцифровки сигналов) движение объектов на экране отображается прерывисто. До последнего времени простота реализации и экономические соображения диктовали применение в охранных видеосистемах мультиплексирования сигналов; однако технический прогресс уже сейчас делает возможной и экономически доступной обработку, например, 16 видеоканалов в режиме реального времени. Это не только делает более комфортной работу оператора, но и уменьшает длину так называемой ближней зоны видеокамеры.

С другой стороны, возрастание объема записываемой и передаваемой информации является платой за стремление получения «живых» изображений. Если благодаря прогрессу в области компьютерных технологий объем жесткого диска перестал быть ограничением на длительность видеозаписи, то все более актуальной становится задача эффективного поиска видеоинформации в архиве.

Необходимость отметить, что главной задачей охранного телевидения является не получения качественного изображения на экране видеомонитора, а возможность выработки достоверного суждения о наличии тревожной ситуации. Также должны учитываться условия круглосуточной эксплуатации оборудования в реальных обстоятельствах жизни и деятельности человека с учетом влияния окружающей среды (и других людей).

Без преувеличения можно назвать революционным направлением в развитии охранного телевидения широкое практическое применение цифровых систем. Это позволило вывести решение некоторых задач на качественно новый уровень, ранее не доступный при использовании аналогового оборудования.

Целью данного дипломного проекта является проектирование ТВ системы видеонаблюдения и контроля магазина «Янтарь» в соответствии с заданием заказчика.

Принципы построения систем охранного телевидения и регистрации изображений

Принципы построения систем видеонаблюдения выбираются с учетом существующих учетов, целей и задач работы сети видеоконтроля. Критериями подбора камер, к примеру, может служить опознавание знакомого, незнакомого человека или чтение мелких деталей. В зависимости от критериев выбираются, в первую очередь, камеры со стандартным или высоким разрешением.

Основные компоненты систем охранного телевидения

Самый первый и наиболее важный компонент системы охранного телевидения - это элемент, формирующий изображение, то есть видеокамера. Термин «камера» произошел от латинского camera obscura, что означает «темная комната».

Видеокамера являются источником визуальной информации, которая в конечном итоге поступает к оператору поста охраны. Использование видеокамер предоставляет оператору уникальную возможность осуществлять одновременное наблюдение нескольких удаленных мест, контролировать изменение ситуации в этих зонах и осуществлять их видеозапись.

Основой современной видеокамеры является так называемая ПЗС - матрица (ПЗС - прибор с зарядовой связью) (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Современная видеокамера на основе ПЗС-матрицы

ПЗС - матрица представляет собой прямоугольную светочувствительную полупроводниковую пластинку с отношением сторон 3:4, преобразующую падающий на нее свет в электрические заряды, которые используются для получения выходного видеосигнала с помощью специальной электронной схемы. ПЗС - матрица состоит из большого числа светочувствительных ячеек, с помощью которых можно разложить сфокусированное на ней изображение в виде определенного числа зарядов, соответствующих каждой ячейке. Элементы разложения изображения называются пикселами от английского pixel (picture element). Чем больше число пикселов, тем менее заметна дискретность результирующего изображения.

Одной из важнейших характеристик систем видеонаблюдения вообще и видеокамер в частности является разрешающая способность. Этот параметр характеризует способность видеосистемы различать мелкие детали и удаленные предметы. Численно разрешающая способность видеокамеры измеряется в так называемых телевизионных линиях (ТВЛ) - суммарном количестве различимых на экране видеомонитора черных и белых штрихов минимальной толщины. Чем больше значение разрешающей способности видеокамеры, тем лучше.

Вторым весьма важным параметром видеокамер является указываемая в паспорте минимальная освещенность или чувствительность, которая характеризует способность видеокамеры наблюдать объекты при пониженной освещенности и даже в темноте. Этот параметр измеряется в люксах (лк). Чем меньше данное значение, тем выше качество видеокамеры. Для повышения чувствительности современных видеокамер используют различные технические решения, обеспечивающие их адаптацию к условиям пониженной освещенности. Например, цветные видеокамеры при низкой освещенности автоматически переходят в режим черно - белого изображения (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Цветная видеокамера с автоматическим переходом в режим черно - белого изображения

Известно, что цветные видеосистемы более информативны, их ценно использовать особенно в тех местах, где важно различать цвета. Высокая информативность цветных видеокамер является их важным преимуществом перед черно - белыми, подчас это является решающим аргументом в пользу цветных видеокамер, несмотря на их сравнительно высокую стоимость, а также зависимость качества изображения от типа источника света.

Для формирования видеосигнала цветного изображения в видеокамере, применяемой в охранном телевидении, как правило, используется одна ПЗС - матрица, перед ячейками которой создаются микросветофильтры основных цветов (красного, зеленого, синего: R, G, B), т.е. один пиксел цветного изображения формируется из трех ячеек. Поскольку у цветных видеокамер количество результирующих ячеек в 3 раза меньше, чем у черно - белых видеокамер, разрешающая способность и чувствительность у них тоже оказываются хуже.

При выборе цветных видеокамер следует обращать внимание на марку комплекта ПЗС - матрицы. Комплекта ПЗС - матрицы различных производителей (Sony, Sharp,Panasonic, Samsung и др.) имеют свои особенности.

Конструктивное исполнение видеокамер предполагает следующие возможные варианты конструкции:

- видеокамеры в стандартном корпусе (как правило, без объективов);

- миниатюрные видеокамеры («квадраты», цилиндрические, купольные, шары);

- уличные видеокамеры (вмонтированные в термокожухи, с кронштейном);

- бескорпусные видеокамеры;

- дверные видеоглазки;

- взрывобезопасные видеокамеры (конструкция которых исключает образование электрической искры, что позволяет использовать их в специальных помещениях);

- скоростные поворотные видеокамеры;

- видеокамеры, входящие в состав мини - видеосистем (с инфракрасной подсветкой, микрофоном и громкоговорителем).

Рисунок 1.3 - Видеокамеры цветного и чёрно-белого изображения стандартного и высокого разрешения обычного исполнения

Рисунок 1.4 - Миниатюрные камеры в металлических корпусах небольшого размера с объективами, а также камеры, выполненные в виде дверного глазка



Рисунок 1.5 - Видеокамеры скрытой установки, закамуфлированные под пожарные извещатели

Рисунок 1.6 - Современные купольные камеры цветного изображения на высокоскоростной (до 370 град./сек.) поворотной платформе

Рисунок 1.8 - Уличные видеокамеры

Удаленность места расположения видеокамер от поста наблюдения (монитора) требует решения задачи передачи видеосигналов на значительные расстояния. Самыми распространенными средствами передачи видеоинформации в охранном телевидении являются: кабель витой пары, оптико-волоконный кабель, телефонная линия, кабель телевизионного вещания, радиоканал и др.

Но самым стандартным решением передачи видеосигналов является использование коаксиального кабеля с сопротивлением 75 Ом (рисунок 1.9).



Рисунок 1.9 - Конструкция коаксиального кабеля

В зависимости от качества кабеля (вносимого им затухания) приемлемое качество изображения может быть достигнуто, если видеокамера удалена от поста наблюдения на расстояние не более 200…400 м.

Видеокамера может быть высочайшего качества, с высокой разрешающей способностью, но если видеомонитор не способен воспроизвести сигнал равным или лучшим образом, то и вся система потеряет в качестве.

Видеомониторы служат для отображения визуальной информации. Они могут быть черно - белыми или цветными. Видеомониторы характеризуются размерами диагонали экрана, обычно выраженными в дюймах, иногда в сантиметрах. Черно - белые видеомониторы бывают самых разных размеров, чаще всего используются 9 (23 см) 12 (31 см). Наиболее популярный цветной монитор в охранном телевидении имеет размер 14 (36 см) по диагонали. Чем больше изображений одновременно выводится на экран, тем больше должен быть его размер.

Конструктивно видеомониторы могут выполняться по-разному. В настоящее время наиболее распространены видеомониторы, в которых используются кинескопы. Применение их обусловлено отлаженностью технологи, а также большим объемом выпуска кинескопов в мире, что и делает их сравнительно дешевыми.

Жидкокристаллические видеомониторы ЖК (TFT) при их появлении на рынке имели два основных недостатка: переход изображения в негативное состояние при наблюдении экрана сбоку и высокая цена. В настоящее время эти характеристики существенно улучшились (угол обзора до 170). Кроме того, ЖК - видеомониторы имеют еще одно преимущество - малую толщину, которая позволяет монтировать их на стене, в кресле самолета или автобуса, на приборной панели автомобиль.

Плазменные панели сравнительно недавно появились на российском рынке систем безопасности, можно прогнозировать их более широкое использование по мере снижения цен.

До последнего времени практически основным устройством регистрации видеосигналов в охранных системах были охранные видеомагнитофоны. В настоящее время на их смену все больше приходят цифровые видеорегистраторы или устройства видеозаписи на жесткий диск вследствие того, что они имеют существенные преимущества перед видеомагнитофонами. Вот некоторые из них:

- практически мгновенный доступ к любому месту видеозаписи;

- отсутствие искажений изображения, присущих видеомагнитофонам;

- возможность многократного выполнения записей и неограниченного числа просмотров записей без ухудшения их качества;

- возможность записи событий, произошедших до момента тревоги;

- отсутствие затрат, присущих использованию видеомагнитофонов (на обслуживание и видеокассеты);

- возможность подключения к компьютерной сети для просмотра «живого» или записанного изображения на удаленном компьютере или управления/программирования устройства;

- файловая структура, позволяющая архивировать все файлы, либо только те, которые интересны, и посылать их (по компьютерной сети, с помощью электронной почты), а также распечатывать изображения на обычном принтере;

- встроенный детектор движения, позволяющий осуществлять более экономичную видеозапись в плане использования носителя.

Перспективность этого направления видеозаписи обусловлена бурным развитием компьютерной техники, улучшением характеристик и снижением стоимости составных частей компьютеров, которые в качестве компонентов используются в цифровых видеорегистраторах (рисунок 1.10).

Рисунок 1.10. Профессиональный цифровой видеорегистратор, 16-канальный + 4канала

Видеорегистратор - устройство, предназначенное для записи, обработки и хранения информации с видеокамер наблюдения. Стандартный аппарат позволяет просматривать видео с камер (каналов) на мониторе, записывать, сохранять видеоданные на жесткий диск, вести запись звукового сопровождения, а также осуществлять контроль за настройками всех устройств в системе. 

Видеорегистраторы отличаются набором функций и способностью поддерживать определенное количество каналов - от 1 до 64, что и обуславливает различия в стоимости таких устройств.

Цифровые системы охранного телевидения

Понятие «цифровые системы охранного телевидения» используется для обозначения приборов и систем, в которых запись, обработка и передача сигналов изображения осуществляется в цифровой форме. Используемое иногда в противовес данному термину выражение «аналоговые системы охранного телевидения» (в которых выходной сигнал представлен в аналоговой форме) нельзя признать вполне корректным, поскольку и в традиционных видеосистемах широко применяется оцифровка видеосигналов, а также используются цифровые сигналы управления.

Таким образом, к цифровым системам охранного телевидения относятся следующие технические решения:

- видеосистемы на базе компьютеров;

- IP - видеокамеры;

- видеосерверы.

Видеосистемы на базе компьютеров существуют сравнительно давно, однако, до последнего времени их реальное продвижение на рынке систем безопасности тормозилось необходимостью использования чрезвычайно больших ресурсов компьютеров и компьютерных сетей. В 2003 году более 80% систем охранного телевидения было аналоговыми, однако к 2006 - 2008 годам прогнозируется массовый переход от аналоговых видеосистем к цифровым.

Видеосистемы на базе компьютеров представляют собой самостоятельное, активно развивающееся направление в области охранного телевидения. Основное преимущество компьютерных систем охранного телевидения перед системами с использованием автономных цифровых видеорегистраторов заключается в значительной гибкости конфигурирования при реализации больших систем произвольной структуры для территориально распределенных объектов.

Еще одно преимущество компьютерных систем охранного телевидения - возможность реализации встроенных детекторов движения на большое число зон с обработкой изображения, таких как детектор оставленных вещей, детектор унесенных вещей, детектор прекращения движения (остановки одного из контролируемых объектов на значительное время), идентификация человека по его лицу, распознавание государственных номерных знаков автомобилей и т.п.

Видеосистемы на базе компьютеров обеспечивают интегрирование охранных видеосистем с другими системами безопасности (системами охранной и пожарной сигнализации, контроля и управления доступом и др.).

К недостаткам видеосистем на базе компьютеров можно отнести следующее: меньшую (по сравнению с автономными цифровыми регистраторами) стабильность работы и живучесть, достаточно высокие требование к используемому компьютеру, относительная сложность инсталляции системы, сравнительно высокие требования к уровню подготовки обслуживающего персонала, возможность нецелевого использования персоналом охраны компьютеров при эксплуатации видеосистемы, необходимость защиты системы от компьютерных вирусов.

Следует отметить, что в современных охранных системах стремятся использовать изображения максимального размера, поскольку в противном случае становится сомнительной возможность распознавания объектов, а значит, и ценность самой компьютерной видеосистемы. Использование изображений меньшего размера может быть в какой-то мере оправдано для целей видеонаблюдения вследствие уменьшенного размера их файлов, что может оказаться существенным в сетях с низкой пропускной способностью (в этом случае особенно ценным может оказаться удачный выбор типа компрессии, допускающий высокие степени сжатия без заметных искажений).

В настоящее время применяются различные типы компрессии: JPEG, M-JPEG, MPEG, MPEG -1, MPEG - 2, MPEG -4, Wavelet, Delta - Wavelet. Они различаются достижимой степенью сжатия (это определяет объем занимаемого дискового пространства и требования к пропускной способности канала связи компьютера), а также уровнем и заметностью вносимых искажений. Сжатие осуществляется за счет использования избыточности, вызванной корреляцией соседних пикселов одного поля, а также корреляцией соседних полей. Однако проблематичным остается оптимальность удаления «лишней» информации не только с точки зрения уменьшения объема информации, но и с точки зрения ценности этой информации для решения задач охраны.

Очевидно, что при большой скорости записи заполнение жесткого диска происходит быстрее. Уменьшение занимаемого дискового пространства достигается за счет его экономичного расходования, например, выполнением видеозаписи с высокой точностью только тогда, когда срабатывает внешний датчик тревоги или детектор движения. В ряде случаев может оказаться полезной видеозапись, инициируемая оператором (когда тот увидел на экране что-то подозрительное). Одним из способов уменьшения объема видеоархива (примерно, в два раза) может быть использование записи изображения в черно - белом режиме.

Надежность и стабильность работы видеосистем на базе компьютера в первую очередь определяется качеством аппаратных ресурсов, типом используемой в них операционной системы. Как известно, широко распространенная Windows, к сожалению, не отвечает данным требованиям, поэтому в качестве средства борьбы с зависаниями процессора компьютера используют встроенный аппаратный контроль (так называемый, таймер WatchDog). Некоторые специалисты считают, что более надежны в работе системы, использующие Lenux, а не Windows.

Для отображения видеоинформации в компьютерных видеосистемах используется многооконный интерфейс; представление информации может быть выполнено самым различным образом в соответствии с конфигурацией системы - по предпочтениям оператора (для чего, например, при большом числе одновременно выводимых изображений могут использоваться два и более мониторов, работающих совместно с одним системным блоком компьютера).

Системы охранного телевидения могут быть как локальными (целиком реализованными на одном компьютере), так и сетевыми. В последнем случае видеокамеры подключают к компьютерам, которые определяются как серверы, а просмотр видеоинформации осуществляется на удаленных от них рабочих местах. Компьютерные системы охранного телевидения позволяют осуществлять удаленное видеонаблюдение, видеорегистрацию, просмотр видеозаписей, управление исполнительными устройствами (поворотными устройствами видеокамер, объективами). Кроме того, сетевые системы охранного телевидения позволяют реализовать функцию виртуального матричного коммутатора. Используются различные каналы связи: LAN, Интернет, телефонные линии, GSM и т.д.

Одним из решений для борьбы с несанкционированным доступом к серверу, имеющим целью вывод из строя системы охранного телевидения, является применение удаленного сервера с установленными в нем платами видеозахвата, однако без монитора, клавиатуры и мыши (такой сервер может быть размещен в труднодоступном месте). Еще одной из причин удаленного расположения системного блока является уменьшение влияния на работников охраны шума встроенного вентилятора.

IP-видеокамера представляет собой некий симбиоз видеокамеры и элементов видеосистемы на базе компьютера. Если на выходе обычной видеокамеры существует стандартный аналоговый видеосигнал, то на выходе IP-камеры имеется цифровой сигнал, предназначенный для передачи по компьютерной сети. Таким образом, внутри IP-камеры осуществляется формирование аналогового видеосигнала, его оцифровка, компрессия, а соответствующий интерфейс обеспечивает подключение IP-камеры к сети Интернет (рисунок 1.11).

Устройства обработки видеосигналов

При наличии в видеосистеме нескольких видеокамер возникает вопрос о варианте обработки потока визуальной информации и представления его оператору. От того, насколько оптимальным для конкретной задачи является данное решение, зависит скорость и эффективность работы оператора, всей системы охранного телевидения, а значит, и безопасность охраняемого объекта.

Идеальным является случай, когда сигналы от неограниченного числа видеокамер поступают к оператору без потери информации в том виде, как они снимаются с ПЗС-матрицы. Однако в случае неоцифрованных выходных сигналов с видеокамер это невозможно, поэтому простейшим решением является параллельный способ представления визуальной информации.

При параллельном способе используется несколько видеомониторов, ко входу каждого из которых подключена «своя» видеокамера - при этом образуются независимые параллельные каналы. По сути, это не что иное, как несколько параллельно работающих простейших видеосистем.

В системе охранного телевидения должна решаться задача представления информации от нескольких видеокамер на видеомониторы, число которых как правило, существенно меньше числа видеокамер (нередко в видеосистеме всего один монитор).

При централизованном принципе построения системы охранного телевидения указанную задачу решает устройство обработки видеосигналов. Естественно, что в этом случае в каждый момент к видеомонитору может быть подключена только одна из видеокамер, поэтому все системы с центральным устройствам обработки видеосигналов осуществляют коммутацию видеокамер, т.е. осуществляют последовательную обработку информации. Скорость коммутации каналов определяет принцип построения и выходные параметры системы охранного телевидения.

Видеокоммутаторы (Switchers) осуществляют коммутацию с достаточно низкой частотой (несколько секунд и даже десятков секунд на канал). Они являются простейшими и самыми экономичными устройствами обработки видеосигналов.

Рисунок 1.13 - Матричный коммутатор-мультиплексор DVMRe Matrix

Характерной чертой видеокоммутаторов является так называемое неконтролируемое время, т.е. промежуток времени, в течение которого сигнал с данной видеокамеры на экране не отображается. Дело в том, что пока осуществляется видеонаблюдения одной видеокамеры, сигналы с других видеокамер на видеомонитор (и устройство видеозаписи) не поступают, и эта информация теряется безвозвратно.

К достоинствам видеокоммутаторов можно отнести следующее:

- простота эксплуатации;

- отсутствие потери качества изображения, вызванного оцифровкой видеосигналов, что свойственно разделителям экрана видеомультиплексорам, цифровым системам охранного телевидения;

- возможность использования видеомониторов небольшого размера.

Видеокоммутаторы имеют следующие недостатки:

- наличие неконтролируемого времени;

- при непрерывном переключении каналов оператор утомляется;

- при наличии одного устройства видеорегистрации невозможно осуществлять видеозапись по каналам одновременно.

Простейшие видеокоммутаторы могут использоваться в качестве резерва для сложных систем охранного телевидения (например, компьютерных), повышая их живучесть.

Разделители экрана (Splitters), называемые также квадраторами (Quads), предназначены для одновременного (с точки зрения оператора) отображения на экране видеомонитора изображений от четырех видеокамер (рисунок 1.14). Достоинство разделителей экрана заключается в том, что при их использовании практически отсутствует потеря информации на время переключения видеокамер, присущая видеокоммутаторам.

Для отображения на экране одного видеомонитора изображений от нескольких видеокамер применяется преобразование аналоговых видеосигналов в цифровые коды с промежуточным запоминанием их в буферной памяти и последующей выборкой этих кодов в заданной последовательности для цифро-аналогового преобразования.

Таким образом, в каждом поле сформированного таким образом видеосигнала содержится информация о четырех входных видеосигналах.

Рисунок 1.14 - Цветной квадратор

Следует отметить, что коммутация видеокамер в цифровых устройствах обработки видеосигналов может существовать не чаще, чем с периодом частоты полей, т.е. 20 мс.

Четырем сегментам на экране видеомонитора соответствует четыре области памяти разделителя экрана, обновление которых может осуществляться либо последовательно (что проще и дешевле), либо параллельно.

Основным недостатком разделителей экрана является то, что они не позволяют получить видеозапись приемлемого качества. Дело в том, что выходной сигнал подвергается цифровой обработке, что уже снижает разрешающую способность. Но главная причина низкокачественной видеозаписи заключается в том, что на устройство видеорегистрации поступает видеосигнал, соответствующий «квадовому» режиму отображения, т.е. на каждое из четырех изображений приходится в два раза меньше элементов разложения и по горизонтали, и по вертикали, чем при полноэкранном отображении.

При использовании разделителя экрана, для четкого наблюдения одновременно четырех изображений на экране видеомонитора необходимо, чтобы его размеры был среднего, а лучше большего размера.

Вопросы, решаемые при построении систем видеонаблюдения

Одной из особенностей систем охранного телевидения является уникальность построения и реализации практически каждой проектируемой видеосистемы. Несомненно, что в различных реализациях систем охранного телевидения имеется много сходного, и все же каждое новое техническое задание - это иная конфигурация, иные углы обзора видеокамер, иная освещенность объекта, другие уровни сигналов и помех и т.п., иначе говоря, это новая видеосистема.

Проектирование системы охранного телевидения включает:

- разработку концепции безопасности объекта с утверждением сценария действий охраны в различных ситуациях;

- первоначальный выбор конфигурации системы охранного телевидения в соответствии с требованиями технического задания;

- подбор необходимого видеооборудования и аксессуаров;

- выбор варианта подключения приборов и корректировка конфигурации видеосистемы в соответствии с параметрами реально существующего на рынке систем безопасности оборудования (например, с учетом числа видеовходов у приборов обработки видеосигналов или видеорегистрации).

Построение систем видеонаблюдения состоит из нескольких этапов:

- определение параметров периферийного оборудования, в первую очередь, количества и мест размещения видеокамер, их ориентации в пространстве, выбора объективов;

- определение количества постов охраны, получающих визуальную информацию относительно обстановки на объекте в соответствии с их полномочиями и приоритетами;

- выбор состава оборудования для постов охраны, способного в результате его оптимального конфигурирования решать задачи, определяемые концепцией безопасности объекта;

- решение задач передачи сигналов от видеокамер на посты охраны;

- выбор вспомогательного оборудования.

Наименее изученными в настоящее время являются вопросы оптимизации расположения видеокамер, выбор их объективов, поскольку именно эти параметры определяют требуемую разрешающую способность конкретной системы охранного телевидения и скорость обновления визуальной информации при решении данной задачи.

В проектируемой системе охранного телевидения, как правило, используется оборудование различных производителей. Чтобы из разных приборов, как из кубиков, создать единую, функционально законченную и надежно работающую видеосистему, все ее составляющие части должны обладать следующими видами совместимости:

- конструктивной;

- электрической;

- информационной.

Конструктивная совместимость определяется габаритными, установочными и присоединительными размерами (например, совместимость видеокамер с термокожухами, также как термокожухов с кронштейнами, определяет возможность их совместного использования).

Электрическая совместимость различных приборов видеосистем предполагает, что их входные и выходные видеосигналы должны иметь стандартный вид: полный телевизионный сигнал размахом 1 В 0,2 В на нагрузке 75 Ом.

Отличие видеосигналов от стандартных является следствием, с одной стороны, изменений, вносимых средой распространения сигналов (активные потери, неравномерность АЧХ кабелей и т.п.), с другой стороны, качеством приборов (например, видеокамер). Наличие в некоторых приборах встроенной АРУ компенсирует разброс размахов видеосигналов.

Информационная совместимость определяется протоколами передачи данных, форматами представления информации и т.п. Отсутствие единого стандарта в этой области приводит, в частности, к тому, что приемники сигналов телеуправления производства некоторых фирм могут управляться только в случае использования клавиатур того же производителя.

На этапе проектирования должна закладываться возможность расширения и модернизации системы охранного телевидения, которая во многом также определяется совместимостью используемого оборудования.

В самом начале проектирования следует определиться, должна ли быть система охранного телевидения цветной или черно-белой. В реальной практике достаточно часто встречаются ситуации, когда необходимо не просто наблюдать за происходящим, но и различать цвета. Например, информация о цвете автомобиля важна для его идентификации. В казино цветным камерам вообще нет альтернативы. Подобные ситуации встречаются не так уж и редко. Ознакомимся со следующими аргументами в пользу того или иного решения.

Достоинства цветных видеосистем очевидны:

- повышенная информативность;

- наиболее естественное отображение;

- цветное изображение кажется объемным;

- достоверное отображение людей и объектов.

Недостатки цветных видеосистем следующие:

- чувствительность и разрешающая способность цветных видеокамер ниже, чем у черно-белых;

- при оцифровке цветного видеосигнала формируется файл большего размера, что требует большего дискового пространства и сильнее нагружает компьютерную сеть;

- качество изображения цветных видеокамер зависит от спектрального состава света источников искусственного освещения, нередко они конфликтуют с ними;

- цветные видеосистемы примерно в 1,5 - 2 раза дороже черно-белых;

- некачественное цветное изображение воспринимается человеком более болезненно, чем некачественное черно-белое.

Следует отметить, что до настоящего времени (главным образом, из экономических соображений) наибольшее распространение находят черно-белые системы охранного телевидения, для которых характерно: высокая разрешающая способность, высокая чувствительность, сравнительно низкая стоимость, меньший объем оцифрованного изображения, что влечет за собой меньшее место на диске, большую скорость обновления изображения и передачи его по сети.

Реальное проектирование систем охранного телевидения следует начинать с выбора количества видеокамер и мест размещения их на охраняемом объекте. Вариантов решений этой задачи может быть достаточно много, они отличаются и объемом используемого оборудования и ценой. Обычно в этом случае говорят о необходимой достаточности, поскольку с одной стороны количество видеокамер однозначно влияет на стоимость системы охранного телевидения, а с другой стороны, их количество должно быть не меньше того, которое необходимо для обеспечения заданного уровня безопасности объекта.

Недостаточное количество видеокамер приводит к наличию в пространстве так называемых «мертвых зон», изображение которых не просматривается на экране монитора, а значит, подобная система охранного телевидения не позволяет полноценно контролировать обстановку на объекте.

С другой стороны, чрезмерное количество видеокамер приводит к неоправданному повторению схожих изображений, что, естественно, ведет к росту цены оборудования (видеокамеры, объективы, кронштейны, кожухи, кабели), усложнению оборудования обработки видеосигналов, а значит, к неоправданному удорожанию системы охранного телевидения. Более того, увеличение числа видеоканалов приводит к уменьшению времени наблюдения по каждой зоне, к уменьшению размеров изображения при мультисценовом представлении изображений на экране, и вместо ожидаемого повышения информативности видеосистемы происходит ее понижение.

В поле зрения видеокамер должно попадать максимальное количество дверей, коридоров, лестниц, холлов возле лифтов с тем, чтобы злоумышленник был бы обнаружен при любой траектории его движения по объекту. Особенно важными с точки зрения безопасности являются въезды и выезды, ворота и прилегающие к ним территории, заборы, дворы, стоянки автомобилей. Желательно, чтобы лицо злоумышленника попало бы «в кадр» хотя бы одной из видеокамер при любом повороте его головы.

Типовые решения для объектов различных классов

Современные системы видеонаблюдения, которые используются для наблюдения за общей обстановкой перед входом в офис (рисунок 1.15), обычно состоят из одной-двух видеокамер и монитора видеонаблюдения. В cиcтeмax видеонаблюдения для квартир и офисов часто используется видеоглазок. Это специализированная телекамера, имеющая внешний вид и место расположения типового дверного глазка. Bидeoглaзoк является телекамерой для скрытого наблюдения, поскольку не привлекает внимание. Bмecтe с тем, в сравнение с типовыми телекамерами для скрытой установки видеоглазок имеет существенно большее поле зрения и чувствительность. Bидeoглaзoк устанавливается в двери толщиной от 5 до 70 мм, угол обзора видеоглазка 120 град.

Рисунок 1.15 - Видеонаблюдение в офисе

Современный охранный видеомагнитофон обеспечивает работу в различных режимах, что, например, позволяет оперативно искать записи, произведенные в известное время, в определенные дни, а также записи событий с тревогой.

Учитывая тотальную компьютеризацию и наличие практически в любом офисе компьютера, решение, построенное на базе цифрового программно-аппаратного комплекса, будет являться оптимальным для создания системы видеонаблюдения и аудиорегистрации. В одном из помещений (кабинете) открыто, либо закамуфлировано устанавливается видеосервер. Благодаря тому, что системы цифрового видеонаблюдения и аудиорегистрации может работать на компьютере параллельно с офисными программами и 1С бухгалтерией, под сервер можно использовать уже имеющийся у вас персональный компьютер, с установленным сервером и подключив к нему камеры и микрофоны. Вся информация храниться в цифровом виде, при этом пользователь с соответствующими правами доступа имеет возможность оперативного просмотра архива или текущих событий, используя локальную сеть или непосредственно на сервере. В любой момент времени возможен просмотр видео архивов за определенное время в заданной зоне наблюдения. Благодаря функциональным возможностям системы цифрового видеонаблюдения возможен удаленный контроль обстановки посредством глобальной сети Интернет.

В отличие от офисного видеонаблюдения в квартире дополнительно к видеоглазку подбирается черно-белая миниатюрная видеокамера для скрытной установки. Cкpытoe видеонаблюдение возможно благодаря миниатюрным размерам современных видеокамер, которые могут быть встроены не только в двери, но также в стены, потолок и даже в такие тонкие вещи как видеокассета. В качестве устройства отображения информации для квартир можно использовать домашний телевизор. Таким образом, не придется прокладывать дополнительный кабель, а изображение с камеры можно будет просмотреть в любой комнате (рисунок 1.16).



Рисунок 1.16 - Видеонаблюдение в квартире

Также комплексное оснащение складов (рисунок 1.17) и торговых баз системой безопасности позволяет решить следующие задачи:

- видеонаблюдение за внешней территорией и внутренними складскими помещениями;

- контроль соблюдения охранниками графика и маршрута обхода помещений складов во время дежурства;

- защита от краж и несанкционированных проникновений на территорию складов;

Рисунок 1.17 - Видеонаблюдение на складе

- ведение учета присутствия и рабочего времени сотрудников;

- формирование стандартных отчетов для отдела кадров и бухгалтерии;

- создание режима контроля за повторным проходом на территорию;

- контроль за перемещением транспортных средств и вывозом материальных ценностей с территории завода;

- передача данных и обмен информацией на любые расстояния с помощью современных технологий связи.

Рассмотрим еще несколько примеров применения видеонаблюдения в различных общественных местах.

Первый из них - это видеонаблюдения для банкомата (рисунок 1.18). Особенностью системы видеонаблюдения, предназначенной для работы в банкомате является то, что она должна иметь максимально длительный срок записи на встроенный жесткий диск. Примененные алгоритмы компрессии позволяют реализовать эту задачу.

Рисунок 1.18 - Система видеонаблюдения для банкомата

Наиболее экономически целесообразным видиться построение системы на основе видеонакопителя серии MSX со сменным жестким 3,5" диском. Применение диска этого типоразмера позволяет увеличить время необслуживаемости видеосистемы банкомата с минимальными финансовыми затратами. Возможность его быстрой замены упрощает процедуру обслуживания. Две видеокамеры располагаются таким образом, чтобы наряду с записью клиента банкомата производилась видеозапись непосредственно получения денег от банкомата. С целью увеличения продолжительности заполнения винчестера видеозаписью применяется режим записи по датчику движения, а для разбора случаев вандализма запись включается и по датчику удара «Шорох».

Другой случай применения видеонаблюдения - это использование ее в общественном транспорте, например в автобусе (рисунок 1.19).

Для контроля действий водителя и разбора нештатных ситуаций в салоне автобуса целесообразно применение видеонакопителя Трал-22 со съемным винчестером. Возможность быстрой смены жесткого диска позволяет исключить простой автобуса при копировании архива и произвести просмотр записанной видеоинформации в любое удобное время.

Рисунок 1.19 - Система видеонаблюдение в автобусе

Использование GPS приемника определения координат позволят наряду с видеоинформацией располагать точными данными о пути следования транспортного средства.

Следующий пример - система контроля проезда и оплата стоянки автомобиля (рисунок 1.20). Данная система позволяет распознавать государственный номер автомобиля, сравнивать результат с данными, хранящимися во внутренней базе данных, вести хронику въездов/выездов, управлять устройством ограничения проезда. Сфера применений: частные территории, многоместные гаражи, загородные поселки, паркинги. Для применений, где требуется ограничить въезд на охраняемую территорию, система состоит из камеры, Трала Паркинг и устройства ограничения проезда (шлагбаум, автоматические ворота).



Рисунок 1.20 - Автоматический контроль проезда авто по гос. номеру

При подъезде к закрытому шлагбауму автомобиль снижает скорость и останавливается в поле зрения видеокамеры, Трал Паркинг анализирует и распознает государственный номер автомобиля, сличает его с введенной базой данных и принимает решение об открытии шлагбаума. База данных государственных номеров автомобилей, допущенных к въезду на охраняемую территорию, хранится на внешнем USB Flash носителе и может быть легко изменена путем перезаписи её содержимого.

Для применений, где требуется контролировать время нахождения автомобиля на охраняемой территории, Трал сам формирует базу данных заехавших автомобилей, при их выезде вычисляет время стоянки и передает на внешнюю контрольно-кассовую машину.

Выбор системы видеонаблюдения для дипломного проекта

Для построения системы видеонаблюдения мы будем использовать аналоговые видеокамеры, ИК-датчики, мультиплексор, видеорегистратор, мониторы и проводные соединительные линии (рисунок 1.24). Подобная система позволит нам осуществить мгновенную видео и аудиосвязь с диспетчерской, локальную запись на жёсткий диск большого количества данных, возможность наблюдения объектов сразу с нескольких видеокамер, и многие другие функции, удовлетворяющие требованиям к современной системе видеонаблюдения.

Рисунок 1.24 - Выбор системы видеонаблюдения для дипломного проекта

Мы рассмотрели основные принципы построения систем охранного телевидения и регистрации изображений, а также все необходимые компоненты таких систем.

На основании всех изложенных в главе 1 данных построим структурную схему для объекта «Янтарь» в соответствии с техническим заданием заказчика.

Составление структурной схемы ТВ системы для охраны объектов предприятия

Структурная схема телевизионной системы технологического наблюдения и контроля объектов 1-го этажа торгового центра “Юность” и прилегающей к нему территории показана на рисунок 2.8.

Увеличение количества видеокамер позволяет более детально наблюдать всю необходимую территорию, однако усложняет телевизионную систему и увеличивает ее стоимость. Проектируемый вариант реализации телевизионной системы позволяет при минимальном составе аппаратуры вести визуальное наблюдение за объектом.

В рассматриваемом варианте телевизионной системы используется 10 видеокамер, расположение которых указано на рисунке 2.1. Видеокамеры 1 и 8 типа VS-1050-1HXW (рисунок 2.2) уличного исполнения (угол обзора 30 градусов) установлены на боковых стенах торгового центра. С их помощью обеспечивается наблюдение за боковыми входами/выходами. Аналогичные видеокамеры 4 и 7 (угол обзора 30 градусов), установлены на задней стене, что позволяет наблюдать нам за прилегающей к торговому центру территорией. Видеокамера 6 данного типа VS-1050-1HXW (угол обзора 50 градусов), расположенная непосредственно над центральным входом, обеспечивает наблюдение не только за посетителями ТЦ “Юность”, но и за подъезжающим к нему автотранспортом. Аналогичные видеокамеры 3 и 10 (угол обзора 30 градусов), установлены по бокам фасадной стены для визуального наблюдения за двумя входами, ведущими на второй этаж торгового центра.

Модель "VS-1050-1HXW" (Inspector) представляет собой черно-белую видеокамеру, которая имеет уличное исполнение, высокую чувствительность и разрешение, и может использоваться в уличных системах видео-наблюдения.

В комплекте с видеокамерой поставляется кронштейн для монтажа камеры на любую поверхность.



Рисунок 2.1 - Расположение видеокамер и ИК-датчиков на объекте

Рисунок 2.2 - Черно-белая видеокамера уличного исполнения VS-1050-1HXW

Рассмотрим технические данные выбранной модели камеры наружного видеонаблюдения (таблица 2.1).

Таблица 2.1- Основные характеристики видеокамеры VS-1050-1HXW

Модель	VS-1050-1HXW
Формат матрицы, дюйм	1/3, CCIR
Разрешение, твл	470
Чувствительность, люкс	0,05
Электронный затвор	1/50...1/100 000
Регулировка усиления	автоматическая
Компенсация задней засветки	автоматическая
Фокусное расстояние, мм	2,45; 2,96; 3,6; 6; 8; 12
Напряжение питания постоянного тока, В	12
Потребление, мА	110
Отношение сигнал/шум, дБ	более 48
Диапазон рабочих температур	-20...+60
Размеры, мм	58x50x92
Цвет	серебряный или черный

Особенности видеокамеры VS-1050-1HXW:

- высокая водозащищенность IP67;

- металлический нержавеющий корпус;

- солнцезащитный козырек;

- кронштейн в комплекте;

- высокое разрешение и чувствительность.

Мы рассмотрели видеокамеры, установленные непосредственно на улице. Теперь объясним расположение видеокамер в самом помещении.

Все три камеры типа Activision AVC-211 фирмы TOMO (рисунок 2.3). Видеокамеры 2 и 9, угол обзора которых 20 градусов, установлены таким образом, что с их помощью просматривается длинный коридор с двух противоположных сторон. Видеокамера 5 (угол обзора 50 градусов), установлена на стене, которая расположена напротив центрального входа. Данная видеокамера позволяет наблюдать за входящими в торговый центр посетителями и лестницами, ведущими на второй этаж здания.

Рисунок 2.3 - Черно-белая видеокамера Activision AVC-211 фирмы TOMO

Видеокамера AVC-211 со встроенным объективом и кронштейном идеально подходит для установки как внутри помещения, так и снаружи. Специальная технология герметизации корпуса обеспечивает гарантированную работу камеры при любой влажности. Может работать как в сложной системе видеонаблюдения, так и в комплекте с обычным бытовым телевизором (вход Video IN). Большой выбор фокусных расстояний делает использование видеокамер Activision AVC-211 эффективным как в небольших помещениях, так и в холлах и больших открытых участках. Выпускаются модели как со встроенной ИК-подсветкой, так и без неё. В комплект камеры входит влагозащитный козырёк и установочный кронштейн.

Основные характеристики AVC-211:

- Настенная герметичная видеокамера на кронштейне;

- Черно-белая матрица SONY 1/3" 500х582;

- Разрешающая способность 420 твл;

- Минимальная освещённость 0,01 лк;

- Электронный затвор 1/50...1/100000 сек;

- Встроенная ИК-подсветка (опция) с дальностью действия до 8 м;

- Гамма коррекция 0,45;

- Напряжение питания 10...14 В;

- Рабочий диапазон температур -50...+50°С;

- Габариты 50х85х200 мм.

Помимо видеокамер в данной системе технологического наблюдения и контроля используются ИК-датчики, расположение которых показано на рисунке 2.1. Инфракрасные датчики отличаются относительной дешевизной. По принципу действия ИК-датчики делятся на две группы:

активные лучевые, состоящие из одной или нескольких пар приборов излучатель - приемник ИК излучения в диапазоне 0,8 … 0,9 мкм. Между ними образуется невидимый луч, прерывание которого вызывает срабатывание сигнализатора.

пассивные, реагирующие на тепловое излучение тела человека в диапазоне длин волн 8…14 мкм.

В качестве чувствительного элемента используется полупроводниковый пироприемник из танталата лития, преобразующий изменение температуры в электрический сигнал, который после соответствующей обработки создает сигнал тревоги.

В данном случае используются пассивные ИК-датчики RX-40QZ фирмы OPTEX (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 - Пассивный ИК-датчик RX-40QZ фирмы OPTEX

Отличительными особенностями детекторов OPTEX являются:

- мультифокусная оптика - количество и плотность зон детекции в детекторах "OPTEX" в вертикальном направлении в 3-4 раза больше чем в детекторах других фирм и поэтому они могут захватывать весь объем охраняемого объекта, а не отдельные фрагменты и их чувствительность на порядок выше;

- сферическая линза гарантирует идеальную фокусировку на пироэлектрический элемент (плоская, загнутая линза имеет большие искажения по краям), она имеет полиэтиленовый фильтр, защищающий пироэлектрический элемент от видимого света;

- алгоритм логики "счетверенных" зон образует множество сегментов зон детекции в детектируемой площади, выдавая сигнал тревоги исходя из общей аккумулированной ИК энергии в каждой зоне; человек покрывает от 4 до 8 зон, тогда как мелкое животное 1-2, что позволяет избежать ложных срабатываний;

- работу всех детекторов контролирует микропроцессор, включающий алгоритм температурной компенсации;

- оптика во всех детекторах экранирована;

- рабочая температура детекторов -20…+50°С, что позволяет использовать их в любом помещении.

RX-40QZ - один из наиболее популярных датчиков OPTEX.

Основные технические характеристики RX-40QZ:

- площадь детекции 12х12 м, 85°;

- высота установки 1,5 - 2,4 м;

- зоны детекции 78 зон;

- чувствительность 2° при 0,6 м/сек;

- скорость детекции 0,3-3 м/сек;

- время тревоги ~ 2,5 сек;

- тревожный выход Н.З. 28 В пост. 0,2 А макс.;

- время разогрева ~ 30 сек.;

- питание 9,5 - 16 В;

- ток потребления 17 мА макс.;

- радиочастотное излучение: тревоги нет при 20 В/м;

- рабочая температура -20°…+50°С;

- влажность 95% макс;

- масса 70 грамм.

Сигналы изображений от всех десяти видеокамер поступают в операторский зал на мониторы поста охраны (операторский зал) по коаксиальным кабелям. Выбираем кабели, предназначенные для соединения различных радиоустройств и радиочастотных установок. Кабели со сплошной изоляцией, у которой все пространство между внутренним и внешним проводниками заполнено сплошной изоляцией или обмоткой из изоляционных лент. Марки кабелей состоят из букв, означающих тип кабеля, и трех чисел (разделенных тире).

Первое число означает величину номинального волнового сопротивления. Второе число означает значение номинального диаметра по изоляции. Третье число: первая цифра означает группу изоляции и категорию теплостойкости кабеля, а последующие - порядковый номер разработки.

Выбираем кабель типа РК 75-4-11 - радиочастотный коаксиальный кабель, номинальное сопротивление 75 Ом, диаметр - 4 мм, обычной теплостойкости со сплошной изоляцией, № разработки 1.

...