Скорость обработки видеоинформации близка к обработке в масштабе реального времени и при оптимальном составе средств обработки видеоинформации не зависит от количества камер.
В компьютерных системах скорость обработки видеоинформации уменьшается по мере роста количества камер. Скорость реакции аппаратуры на действия оператора выше в традиционных системах.
Методы цифровой обработки позволяют улучшать видеоизображение, фильтровать шумы, выделять и исследовать отдельные детали.
АНАЛИЗ СОСТАВА СТН
Состав системы выбирается исходя из количества объектов наблюдения, стоимости, требовании к простоте управления и скорости реакции системы.
Одну и ту же задачу можно решить, используя разные конфигурации систем. Средняя стоимость черно-белой камеры, в среднем, такая же, как и поворотного устройства. Следовательно, экономически целесообразно использовать камеру с поворотным устройством в случае, если необходим угол обзора более 180° (угол обзора 180° можно обеспечить двумя камерами).
Скорость перемещения поворотного устройства находится в пределах 0...120 в секунду. При выбранном среднем расстоянии до объекта, например, 10 м можно отслеживать перемещения предметов, движущихся со скоростью не более 2 м/с.
В зависимости от количества объектов, предполагаемой наибольшей скорости их перемещения (человек - 10 м/с, машина - 30 м/с) - выбирается необходимая скорость реакции системы. При этом так же следует учесть скорость реакции оператора.
Дополнительные устройства систем телевизионного наблюдения позволяют дублировать некоторые функции оператора, увеличивая надежность, и увеличивая скорость реакции системы, привлекая внимание оператора или включая исполнительные устройства.
Для увеличения скорости реакции дополнительные устройства имеют "тревожные" входы и выходы. "Тревожные" входы предназначены для включения дополнительного устройства, например, мультиплексора.
Мультиплексор переключается в такое состояние, чтобы на мониторе отображалось видеоизображение "тревожной зоны".
"Тревожные" выходы предназначены для включения исполняющих устройств. Это может быть освещение, сирена и пр.
При использовании зарубежной техники, рассчитанной для эксплуатации в сетях переменного тока с напряжением 110 В, мощность допустимых переключаемых нагрузок для таких приборов должна быть уменьшена в два раза.
Возможность работы системы в ведомом режиме обусловлена необходимостью дублирования некоторых функции оператора. Использование, например, датчиков движения позволяет автоматически непрерывно контролировать любое количество видеоизображения. Независимо от действий оператора система может включать видеомагнитофон, освещение и другие устройства.
Выбор между традиционными и компьютерными системами затруднен. Компьютерная система может выполнять любые функции контроля и управления. Скорость реакции системы зависит от программного обеспечения управления системой и подготовки оператора. Для работы в ведомом режиме необходимо соответствующее программное обеспечение.
Традиционные системы просты в управлении, стоимость их выше и они менее гибкие. Для изменения функции системы необходимо переделывать схему системы. В компьютерных системах возможности выполнения дополнительных функций реализуются программными средствами.
91
15.КОМПОНЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ СИСТЕМ ТЕЛЕВИЗИОННОГО НАБЛЮДЕНИЯ
15.1. ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ КАМЕРЫ И ОБЪЕКТИВЫ
Телевизионная камера (ТК) - это устройство, преобразующее оптическое изображение охраняемой зоны в электрический видеосигнал. Телевизионная камера является "глазами" СТН. От выбора телевизионной камеры зависит, что будет видеть на экране видеомонитора оператор в заданных условиях. Если необходимо не только следить за общей обстановкой в охраняемой зоне, но и идентифицировать людей, определять номер автомобиля и т.д., проектировщик должен выбрать ТК с соответствующими характеристиками и функциями. Причем, на первое место при выборе ТК (да и всего остального оборудования СТН) должно ставиться требование обеспечения безопасности объекта, а не стоимость камеры, что в некоторых случаях и происходит. Для правильного выбора ТК для СТН проектировщику необходимо четко знать и понимать технические характеристики ТК, влияющие на качество изображения.
Телевизионная камера состоит из:
1.) |
фотоэлектрического преобразователя(ФЭП), устройства формирования |
|
видеосигнала (предварительное усиление видеосигнала), |
2.) |
видеоусилителя (усиление видеосигнала до необходимого уровня - 1В, |
|
и его обработка), |
3.) |
системы автоматической регулировки уровня (АРУ) сигнала |
|
(поддерживает видеосигнал на постоянном уровне) и, возможно, |
4.) |
источника питания (ИП) (источник питания может быть как |
|
встроенный, так и отдельный). |
Фотоэлектрический преобразователь - устройство, преобразующее оптическое изображение зоны наблюдения ТК в электрический сигнал, который затем усиливается, обрабатывается и поступает на выход.
Вподавляющем большинстве случаев в настоящее время в ТК применяют фотоэлектрические преобразователи, выполненные на приборах с зарядовой связью (ПЗС), представляющие собой матрицу миниатюрных фотоприемников (МОП-конденсаторов). Поэтому в дальнейшем под фотоэлектрическими преобразователями будем понимать матрицы на ПЗС. Когда свет попадает на фотоприемник, происходит накопление заряда, причем величина заряда зависит от интенсивности светового потока. Затем заряд считывается и преобразуется в электрический видеосигнал определенного телевизионного стандарта.
Стандарт видеосигнала - принцип кодирования информации в электрическом сигнале. Существует два наиболее распространенных стандарта видеосигнала черно-белого изображения: стандарт американской ассоциации производителей электроники (Е1есtrоnс Industry Аssociation) ЕIА и стандарт международного консультативного комитета по радио-
связи (Comite Consultatif International des Radiocommunication) ССIR.
Вцветном телевидении наиболее распространены три стандарта видеосигнала:
-разработанный и принятый в США стандарт NTSC (National Television System Color),
-разработанный во Франции стандарт SECAM (Sequential couleur a memoire ),
принятый в России как стандарт вещательного телевидения,
-разработанный в Германии стандарт РА1- (Phase alternation
line).
Рассмотрим основные характеристики телевизионной камеры.
Чувствительность - минимальная освещенность охраняемой зоны, при которой на выходе камеры присутствует полный видеосигнал определенной амплитуды (1 В) и глубины модуляции при определенном отношении сигнал/шум.
92
Отношение сигнал/шум - измеряется в децибелах (дБ) и характеризует качество изображения. При отношении с/ш более 45 дБ на экране наблюдается чистое без помех изображение. При отношении с/ш менее 30 дБ из-за шума почти вообще ничего нельзя разобрать.
Конечно, сигнал с фотоэлектрического преобразователя можно усилить, однако, следует помнить, что вместе с сигналом усиливается и шум. Следовательно, чем меньше уровень сигнала, тем меньше отношение сигнал/шум, т.е. хуже качество изображения.
Разрешение ТК - максимальное воспроизводимое телевизионной камерой количество переходов от черного к белому. Разрешение измеряется в телевизионных линиях (ТВЛ). Различают разрешение по вертикали и по горизонтали Разрешение по вертикали жестко привязано к стандарту изображения и равно 625 или 525 ТВЛ, а разрешение по горизонтали определяется количеством чувствительных элементов в фотоэлектрическом преобразователе (обычно считается, что разрешение ТК равно 3/4 от количества чувствительных элементов, приведенных в паспорте на ТК).
Оптический формат - размер светочувствительной области фотоэлектрического преобразователя. Основные форматы фотоэлектрических преобразователей на ПЗС и их размеры приведены в табл. 9.
Табл. 9 Оптические форматы и размеры фотоэлектрических преобразователей на ПЗС
Оптический формат, дюйм |
Ширина (V), мм |
Высота (h), мм |
|
|
|
1 |
12,8 |
9,6 |
|
|
|
2/3 |
8,8 |
6,6 |
|
|
|
1/2 |
6,4 |
4,8 |
1/3 |
4,9 |
3,7 |
|
|
|
1/4 |
3,6 |
2,4 |
|
|
|
Тип узла присоединения объектива - тип резьбы и расстояние до плоскости фотоэлектрического преобразователя для установки сменного объектива (для ТК, не имеющих встроенного объектива). Применяются ТК с двумя типами узлов присоединения объективов:
•тип "С" - резьба 2,54х0,8мм расстояние до плоскости фотоэлектрического преобразователя 17,5 мм,
•тип "СS" резьба 2,54х0,8мм расстояние до плоскости фотоэлектрического преобразователя
12,5 мм.
Камеры с узлом "С"-типа могут работать только с объективами "С"-типа, а ТК с узлом "СS"-типа работают с объективами "С8"-типа, а также допускают установку объектива "С"-типа с адаптером (кольцо, шириной 5 мм).
Напряжение питания - показывает тип и напряжение подключаемого к ТВК источника питания. Большинство ТВК питаются либо от сети переменного тока напряжением 220В/50Гц, либо от источника постоянного тока, напряжением 12 В. Существуют также ТВК, питающиеся другим напряжением, например, 24В/50Гц, 9В и др., которые могут применяться для различных специальных объектов.
Втелевизионные камеры обычно встраиваются устройства, помогающие им адаптироваться к различным условиям освещенности, обрабатывающие видеосигнал для улучшения качества изображения и т.д. Некоторые из этих устройств рассматриваются ниже.
Автоматическая регулировка усиления (АРУ) - способность ТК изменять коэф-
фициент передачи усилителя видеосигнала в зависимости от уровня видеосигнала, т.е. от уровня освещенности.
Электронный затвор - устройство (элемент конструкции фотоэлектрического
преобразователя), позволяющее ТК адаптироваться к изменяющимся условиям
93
освещенности путем изменения времени накопления заряда. Измеряется в секундах и обычно регулируется в пределах от 1/50 до 1/100000 с, следовательно, чувствительность изменяется в 2000 раз.
Автодиафрагма - выход ТК для управления объективом с автодиафрагмой. Характеристики приведены в порядке увеличения глубины регулировки, т.е. при не-
больших изменениях уровня освещенности достаточно АРУ (например, в помещениях с неизменной освещенностью), при более значительных изменениях (лестница, коридор) - необходим электронный затвор, а при больших изменениях (наблюдение открытых площадок, периметра) - автодиафрагма.
Компенсация засветки фона - способность ТК автоматически устанавливать диафрагму объектива и параметры АРУ не по всему полю изображения, а по его фрагменту.
Представим себе ситуацию: ТК установлена в помещении так, что в ее зону наблюдения попадает окно (ярко освещенное днем). Освещенность за окном около 30000 - 50000 лк, а в помещении - 300 - 500 лк. Теперь, если человек будет входить в охраняемую зону от окна, то вместо его изображения на экране монитора будет темный силуэт на ярко освещенном фоне. Происходит это потому, что обычно сигнал управления автодиафрагмой объектива вырабатывается путем усреднения освещенности по полю изображения. Вот и получается, что из-за высокой освещенности часть поля изображения, соответствующая окну, имеет больший вес в формировании сигнала управления автодиафрагмой. Для устранения этого эффекта используется функция компенсации засветки фона; в данном случае ТВК усредняет освещенность по какому-либо выбранному или заранее установленному фрагменту изображения, например, по центру.
Рабочие климатические условия - показывают диапазон рабочих температур (как правило, от минус 10 до плюс 50 °С), температур хранения (от минус 20 до плюс 70), максимальную относительную влажность (не более 95% без конденсации), а также вибрационные (Зд) и ударные (50д, 10 мс) нагрузки.
Объектив - это устройство, проецирующее изображение охраняемой зоны на фотоэлектрический преобразователь.
Объектив определяет параметры зоны наблюдения ТК, режим распознавания и качество изображения охраняемой зоны. Поэтому к выбору объектива для ТК необходимо относиться не менее ответственно, чем к выбору телевизионной камеры. Для правильного выбора объектива рассмотрим его основные технические характеристики.
Оптический формат - определяется той телевизионной камерой, для которой предназначен объектив. Данные по оптическим форматам приведены в табл. 9. При определении оптического формата для ТК необходимо следить за тем, чтобы оптический формат объектива был равен или был больше оптического формата ТК. Если оптический формат объектива окажется меньше, то на экране видеомонитора вокруг изображения будет черная рамка.
Фокусное расстояние объектива - вместе с оптическим форматом определяет угол зрения объектива телевизионной камеры.
Чем меньше фокусное расстояние объектива, тем больше его угол зрения (больше видно), но детали изображения мельче, и наоборот, чем больше фокусное расстояние объектива, тем меньше угол зрения (меньше видно), но детали изображения крупнее (табл. 10). Простыми словами, с увеличением фокусного расстояния объектива изображение "приближается".
94
Математически зависимость угла зрения от фокусного расстояния и оптического
формата объектива определяется формулой: |
|
аv = 2 arctg (2f/v) |
(1) |
где: аv - угол зрения ТК по горизонтали,
v - ширина фотоэлектрического преобразователя на ПЗС, f - фокусное расстояние объектива.
Фильтры являются составной частью объектива ТК. Применение дополнительных цветных фильтров позволяет изменять значения в шкале серого цвета для разных цветов. Без применения фильтра красный цвет имеет разные оттенки в шкале серого при солнечном и искусственном освещении, в яркий солнечны день зеленый цвет в тени может приобрести голубоватый оттенок, что делает изображение слишком светлым. Поэтому очень важно правильно выбрать тот тип фильтра, который необходим в конкретной ситуации.
Желто-зеленый фильтр (480 - 750 нм). Делает красный цвет темнее, зеленый - светлее. Люди при естественном освещении отображаются более четко. Повышается общая четкость изображения за счет подавления света в большом диапазоне длин волн.
Инфракрасный фильтр (800 - 5000 нм). Этот непрозрачный для видимого света фильтр применяется для отфильтровывания дневного света, например, для наблюдения с помощью ТК, работающих в инфракрасной области. Пропускает небольшое количество света в инфракрасной части спектра.
Поляризационный фильтр. По-разному пропускает свет, отраженный с различных неметаллических поверхностей (стекло, пластик, дерево и др.). Увеличивает цветовую насыщенность, снижает дымку, улучшает тональное воспроизведение неба. Поляризационный фильтр блокирует инфракрасный свет, увеличивает контраст изображения.
Нейтральный фильтр. Одинаково пропускает свет во всем видимом спектральном диапазоне. Используется, например, для настройки ТК с автодиафрагмой на резкость (для полного открытия автодиафрагмы).
15.2 ОБОРУДОВАНИЕ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛА ИЗОБРАЖЕНИЯ
Для передачи телевизионного сигнала в СТН могут использоваться как проводные каналы связи (коаксиальные кабели, витая пара, телефонные линии, волоконно-оптические линии и др.), так и беспроводные - радиоканал, лазерный или ИК-канал.
ПРОВОДНЫЕ КАНАЛЫ СВЯЗИ
Коаксиальный кабель - наиболее распространенный канал передачи изображения в реальных СТН.
Основными характеристиками кабеля являются его волновое сопротивление, диаметр и погонное затухание.
Как правило, входные и выходные сопротивления основных компонентов СТН имеют значение 75 Ом, т.е. рассчитаны на применение кабелей с волновым сопротивлением 75 Ом, поэтому применять для передачи видеосигнала кабели с другим волновым сопротивлением не рекомендуется.
Максимальное расстояние передачи видеосигнала по коаксиальному кабелю зависит от целевой задачи СТН и определяется, исходя из допустимого затухания видеосигнала в кабеле: для идентификации - 3 дБ, для обнаружения - 6 дБ.
Затухание в коаксиальном кабеле зависит в основном от его диаметра и составляет:
-2,6 дБ на 100 м - для кабеля диаметром 6 мм,
-1,4 дБ на 100 м - для кабеля диаметром 9 мм.
Исходя из приведенных выше цифр, можно рассчитать максимальное расстояние передачи видеосигнала по коаксиальному кабелю.
95