3. Системы телевизионного наблюдения

Обязательным условием надежного функционирования всего комплекса защиты охраняемой территории является последующий анализ сообщений о проникновении для точного определения причин их появления. Это может быть выполнено посредством использования систем распознавания.

Наиболее широкое распространение в таких системах получили системы телевизионного наблюдения.

Без сомнения, объект со стационарными постами охраны имеет более высокую защищенность, однако при этом значительно растут расходы на его охрану. Гак, при необходимости круглосуточного наблюдения нужная трехсменная работа персонала охраны. В этих условиях телевизионная техника становится средством повышения эффективности работы персонала охраны, прежде всего при организации наблюдения в отдаленных, опасных или труднодоступных зонах.

Вся зона, что контролируется системой извещения, разграничивается на отдельные участки протяжностью не более 100 м, на которых устанавливается по крайней мере одна телекамера. При срабатывании сенсоров системы извещения, установленных на определенном участке контролируемой зоны, изображения, что передается соответствующей телекамерой, автоматически выводится на экран монитора на центральном посту охраны. Кроме того, при необходимости должно быть обеспечено дополнительное освещение данного участка. Важно, чтобы внимание дежурного охранника было быстрее привлечено к выведенному на экран монитору изображения.

Фактические причины срабатывания сигнализации во многих случаях могут быть идентифицированы только при условии достаточно высокой оперативности дежурного охранника. Важно, что данное положение прежде всего имеет место при действительных попытках вторжения на охраняемую территорию и при намеренных обманных действиях злоумышленников. Одним из перспективных путей соблюдения сформулированного условия является применение устройства видеопамяти, которое обеспечивает автоматическую запись изображения сразу же после срабатывания сигнализации. При этом дежурному охраннику предоставляется возможность вывести из устройства памяти на экран монитора первые кадры изображения и идентифицировать причину срабатывания сенсоров системы извещения.

В ряде систем теленаблюдения применены передающие камеры, ориентация которых может дистанционно меняться дежурным охранником. При поступлении сигнала тревоги служащий охраны должен ориентировать телекамеру на участок, где сработали сенсоры системы извещения. Практический опыт показывает, однако, что такие телеустановки менее эффективные по сравнению с жестко ориентированными передающими телекамерами.

Отличительной особенностью некоторых объектов является их большая протяжность. Большое количество площадок таких объектов может быть расположено на значительном отдалении одна от другой, что делает монтаж и эксплуатацию оборудования значительно более дорогим. В этих случаях можно применить систему малокадрового телевидения типа 81о\¥8сап. Она функционирует на больших отдалениях, имеет невысокую стоимость и совместимая с любой существующей замкнутой телевизионной системой, которая уже установлена на объекте. Дня передачи видеокадров и команд в этой системе используется телефонная сеть общего пользования.

Состав систем телевизионного наблюдения

В состав самой простой системы телевизионного наблюдения входят телевизионная камера и монитор. Камера может быть подключена непосредственно к монитору.

На больших объектах число камер может составлять несколько десятков. Количество камер, что одновременно ^от°бражаются, должно быть ограничено. При увеличении количества мониторов оператору тяжело уследить за всеми изменениями. Для облегчения работы операторов, особенно в многокамерных системах, используют детекторы движения, которые анализируют изменения изображения (например, передвижение любого предмета в поле зрения камеры) и сигнализируют об этом оператору.

Для одновременного получения нескольких изображений (до 16) на экране одного монитора используют квадраторы ("делители экрана"). Квадраторы превращают сигналы от нескольких видеокамер в изображение, которое отображается на одном мониторе. При этом изображение от любой камеры можно оперативно развернуть на весь экран. Квадраторы получили свое название из-за того, что первые модели разделяли экран на 4 окна и в каждом отображалась одна из камер.

Для последовательного выведения на экран изображения от нескольких камер в системах телевизионного наблюдения используются мультиплексоры (коммутаторы). В режиме просмотра они последовательно подключают камеры к монитору.

Для оперативной работы оператор имеет возможность вывести на экран любое изображение или выключить любую камеру.

Запись видеоизображения может осуществляться на специализированные видеомагнитофоны в традиционных системах или в цифровой форме с помощью компьютера. Специализированные видеомагнитофоны позволяют записывать изображение через несколько кадров (старт-стопный режим). В итоге время записи увеличивается. На обычной кассете УНБ (180 минут) длительность записи может составлять до 960 часов.

Все устройства объединяются в систему, которая обеспечивает возможность оперативного наблюдения. Управление системами телевизионного наблюдения в зависимости от их сложности и обстановки на объекте может быть автоматическим или ручным.

Видеокамеры для систем телевизионного наблюдения

Качество изображения определяется, прежде всего, телевизионной камерой. Она представляет собой конечное устройство, которое, будучи подключенным к видеовходу монитора или телевизора, позволяет наблюдать изображение на экране на значительном расстоянии от объекта съемки.

Видеокамеры предназначены для превращения оптического изображения в электрический телевизионный сигнал, пригодный для передачи и воссоздания.

^ В наше время выпускаются видеокамеры для систем телевизионного наблюдения (включая модификации), отличные:

• характером изображения (черно-белое или цветное);

• четкостью изображения;

• светочувствительностью (минимальной рабочей освещенностью объекта съемки);

• возможностью цифровой обработки видеосигнала;

• допустимыми климатическими условиями работы;

• напряжением питания.

В конструкции видеокамеры можно выделить следующие основные функциональные системы:

• преобразователь свет-сигнал;

• объектив;

• устройство синхронизации;

• система автоматической регуляции усиления.

Рассмотрим функциональные системы видеокамер.

Преобразователи свет - сигнал

Самым важным элементом конструкции видеокамеры является преобразователь свет-сигнал, что обеспечивает кодировку изображения в форме электрических сигналов.

Преобразователи свет-сигнал представляют собой либо передающие электронно—лучевые телевизионные трубки (ЭЛТ), либо твердотельные матрицы так называемые "приборы с зарядовой связью" (ПЗС).

Передающими ЭЛТ оснащены устаревшие модели видеокамер или видеокамеры специального назначения. В зависимости от конструкции эти приборы называют видиконами, глетиконами (плюмбиконами), ныовиконами и т.п.

Основными элементами передающей ЭЛТ является мишень ^й электронный прожектор. Последний предназначен для Формирования узкого электронного пучка, падающего перпендикулярно мишени. Мишень, что состоит из сигнальной пластины и полупроводникового фотопроводящого слоя, нанесенная на внутреннюю поверхность передней стенки баллона передающей трубки. Особенность фотослоя мишени заключается в том, что она имеет внутренний фотоэффект: под действием падающего на мишень света изменяется электропроводимость фотослоя. Благодаря этому на мишени создается и сохраняется потенциальный рельеф, что отвечает входному оптическому сигналу.

Электрический сигнал снимается с сигнальной пластины, что представляет собой достаточно тонкий слой двуокиси олова или индия.

Все известные передающие ЭЛТ объединяет наличие фотопроводящей мишени, небольшое число регуляции, достаточно высокая чувствительность и разрешающая способность.

Разрешительная способность оценивается по наименьшему расстоянию между двумя точками, при которой их изображения еще не сливаются. Это расстояние выражается в линейных или угловых мерах. Величина, обратная этому расстоянию, служит количественной мерой разрешающей способности оптических приборов.

В последнее время все большее распространение находят твердотельных преобразователей свет-сигнал. Это фоточувствительные приборы с зарядной связью (ПЗС). Практически все современные телевизионные малогабаритные камеры наблюдения строятся на основе матричных ПЗС.

Поверхность матрицы ПЗЗ состоит из множества светочувствительных ячеек пикселей (обычно от 270 ООО до 440 ООО). Чем большее количество пикселей размещается на матрице ПЗЗ, тем выше качество и четкость изображения. Как правило, разрешающая способность по горизонтали таких камер составляет 330 - 600 твл (телевизионных линий). Этот параметр наводится в паспортных данных на камеру. Разрешение по вертикали всех камер одинаково, ибо ограничено стандартом на количество строк развертки- 625 строк.

Размер матрицы ПЗС определяется ее форматом. Формат это диагональный размер видикона, что формирует изображение, эквивалентное изображению, что формируется матрицей ПЗС. Формат измеряется в дюймах и принимает значение 1/2", 1/3",

1/4" и т.п. Формат матрицы определяет угол обзора

телевизионной камеры.

С одинаковыми объективами телевизионная камера на основе матрицы формата 1/2" имеет больший угол обзора, чем камера с матрицей формата 1/3". Чем меньше формат матрицы ПЗС, тем миниатюрней камера.

Для увеличения угла обзора матрицы малого формата должны иметь объектив с малым фокусным расстоянием. При этом качество телевизионного изображения будет определяться светосилой объектива, то есть количеством света, которое будет проходить через него и попадать на преобразователь свет- сигнал. Чем выше светосила объектива, тем меньше нужно времени для освещения матрицы ПЗС к получению изображения необходимого качества. Светосила объектива равняется отношению двух величин: диаметра входной зеницы и фокусного расстояния и записывается, например, в виде 1:6. Светосила объектива тем выше, чем больше диаметр его входной зеницы и меньше фокусное расстояние.

Сегодня быстрыми темпами развиваются методы цифровой обработки видеосигнала. В таких системах аналоговый сигнал, что снимается с матрицы ПЗС, проходит через аналогово­цифровой преобразователь, размещенного внутри телевизионной камеры. Потом сигнал разделяется на компоненты яркости и цвета, обрабатывается микропроцессором и поступает на цифровой монитор. Это позволяет существенно улучшить различение и качество изображения.

Камеры на ПЗС по сравнению с камерами на ЭЛТ имеют меньшие габариты, более высокую надежность, они практически не нуждаются в техническом обслуживании, отлично работают в условиях низкой освещенности, имеют чувствительность в ^инФракрасной области спектра. Однако наиболее важным является то, что видеоинформация на чувствительном элементе > казанной камеры сразу подана в цифровой форме и без Дополнительных преобразований пригодна для последующей раоотки. Это дает возможность легко идентифицировать отличия или изменение элементов изображения, реализовать в вс ^ВСТР°^еннь1Й сенсор перемещений. Подобная камера со Фоенным детектором и маломощным инфракрасным осветлителем может вести наблюдение за охраняемой территорией и при появлении нарушителя в поле зрения распознавать изменения элементов изображения и подавать сигнал тревоги.

Работа телевизионных камер стала стабильнее, на нее перестали влиять типичные для камер на ЭЛТ сбои в работе, связанные с такими внешними факторами, как сотрясения, вибрации, отклонения параметров в процессе эксплуатации и при изменениях температуры.

Для камер на ПЗС, в отличие от аналогов на ЭЛТ, характерно также отсутствие послеизображений (инерционность мишени), продолжений за подвижными объектами в изображении, не говоря уже о прожигании фотопроводящого слоя мишени. Причем указанные параметры не зависят от срока эксплуатации матриц ПЗС.

В обычной телевизионной камере электронно-лучевая трубка в рабочем режиме удерживает на мишени значительное количество света. Это происходит, когда она направлена на сильно освещенные объекты (солнце, окно или осветительный прибор).

В случае использования твердотельной передающей камеры, все перечисленные факторы становятся абсолютно несущественными, что особенно важно, если у оператора нет достаточного опыта или условий для проведения съемки.

Несомненно, что в будущем появятся более миниатюрные и эффективные телекамеры, а по мере снижения стоимости расширится использование камер на ПЗС и формирователях видеосигнала. Прогресс в области видеосредств выявления передвижений, что разрабатываются в основном для военных целей, неминуемо приведет к появлению и на коммерческом рынке интеллектуальных камер, способных решать простые задачи распознавания.

Объективы видеокамер

Объективы видеокамер различают за значениями фокусного расстояния, светосилой, характером создаваемого оптического изображения. При съемке из одной и той же точки объективами с разными фокусными расстояниями масштаб изображения

изменяется прямо пропорционально величине фокусного

расстояния.

Если один и тот же объект наблюдать в одном масштабе с разных расстояний камерами с разными объективами, то будет заметна разница на изображении.

Изображения близко расположенных объектов при использовании короткофокусных объективов будут более контрастными и резкими, в сравнении с изображением отдаленных объектов при использовании длиннофокусных объективов.

Короткофокусный объектив даже при небольшом диафрагмировании имеет большую глубину резкости. Длиннофокусный объектив даже при съемке отдаленных объектов имеет ограниченную глубину резкости.

Для обеспечения эффекта увеличения изображения используют объективы с трансфокатором, специальные телекамеры с электронным трансфокатором или цифровую аппаратуру увеличения/уменьшения изображения

(видеопроцессоры).

Использование трансфокаторов позволяет "приблизить" изображение в 5-20 раз, что дает возможность разглядеть даже сильно отдаленные объекты. Наиболее удобным использованием трансфокатора является использование его совместно с поворотным устройством. Это позволяет не только следить за передвижением объекта наблюдения в широком секторе обзора, но и рассмотреть детали (лицо человека, номер автомобиля).

Объективы видеокамер, что имеют переменное фокусное расстояние, называют "вариобъективами". Они позволяют осуществить плавное изменение масштаба изображения (осуществлять "наезд"). Масштаб изменяется вручную или посредством электропривода. При этом сохраняется фокусировка

изображения.

Телевизионные системы могут применяться не только для внешней защиты объектов, но и для контроля действий персонала ^внутри объектов. Для визуального контроля ситуаций внутри Помещения необходимо использовать камеры со встроенным

ктивом. Для помещений минимальная чувствительность ^КамеР ^может составлять 0,5 лк.

Корпус камеры должен гармонировать с интерьером и не привлекать внимание. Роль телевизионной камеры - не пугать посетителей, а фиксировать ситуацию в контролируемом помещении.

В помещении необходимо использовать камеры с автоматической диафрагмой для автоматической компенсации изменения освещенности в разное время суток. В зависимости от плана помещения выбирается объектив с необходимым углом зрения.

При необходимости скрыть камеру используют миниатюрные камеры с Pin-hole объективами. У таких объективов диаметр зрачка от 0,8 до 2 мм. Такую камеру можно устанавливать, например, под обоями. Небольшое отверстие для объектива не привлечет внимание.

Для получения изображения повышенного качества нужно использовать камеры с повышенной различающей способностью (более 500 линий).

Устройства синхронизации

Устройство синхронизации обеспечивает временное согласование работы всех систем и блоков камеры.

Синхронизация видеокамер может осуществляться от внутреннего или внешнего генератора. Внешняя синхронизация используется в многокамерных системах для получения немигающего переключения.

Автоматическая регуляция усиления

Режим автоматической регуляции усиления позволяет выполнять непрерывную съемку при всех уровнях освещенности без необходимости переключать усиление.

После того, как вручную установлена диафрагма, для получения желаемой глубины резкости система АРУ автоматически устанавливает необходимый уровень видеосигнала. Например,«.при съемке темных объектов, после того, как диафрагма полностью открылась, усиление будет увеличено автоматически, чтобы достичь необходимого уровня видеосигнала.

Автоматическая регуляция усиления позволяет повысить резкость изображения в случае большой освещенности сцен, причем в совокупности с функцией автоматической диафрагмы это дает возможность расширить динамический диапазон без ограничения сигнала.

Благодаря режиму АРУ имеется возможность осуществлять непрерывную автоматическую съемку от темных к ярким планам без прерывания изображений.

Мониторы для систем телевизионного наблюдения

Вторым важным элементом систем телевизионного (видео-) наблюдения является видеомонитор.

Видеомонитор должен обеспечивать четкое соответствие изображения видеосигнала, что подается на него. Параметры, что определяют качество изображения монитора: четкость, фокусировка, воссоздание цвета, согласование, геометрические искажения.

Видеомонитор должен обеспечивать высокую долговременную стабильность и не требовать регулярного калибрования.

Телемониторы могут быть оснащены звуковым каналом для передачи аудиоинформации.

Выбор системы телевизионного наблюдения

В состав любой системы телевизионного наблюдения входят три функциональные части:

-телевизионные камеры;

• аппаратура обработки видеоинформации;

• мониторы.

По способу приема и обработки видеоинформации различают:

~ традиционные системы телевизионного наблюдения на °азе специализированной аппаратуры;

~ компьютерные системы телевизионного наблюдения.

Задача системы телевизионного наблюдения - наглядно предоставить видеоинформацию об оперативной обстановке на ■контролируемом объекте. Для решения этой задачи, соответственно характеристикам контролируемых объектов, выбираются параметры системы.

Параметры элементов системы телевизионного наблюдения выбираются соответственно размерам объектов, расстоянию к объектам, скорости передвижения объектов, условий освещения объектов.

Сложные системы телевизионного наблюдения позволяют получить на телевизионных или компьютерных мониторах видеоизображения от большого числа точек охраняемого объекта. Мониторы и оборудование обработки видеосигнала устанавливают в дежурных помещениях или у сотрудников фирмы, что занимаются службой безопасности.

В компьютерных системах на одном мониторе отображается не более 16 камер. При большем числе камер размеры отдельных изображений сильно уменьшаются, а видеоканалы переключаются в режиме пролистывания блоками до 16 камер одновременно.

Наглядность представления оперативной обстановки выше в системах с большим количеством мониторов, поскольку при этом возможно отображение всех камер одновременно с изображением нужного размера.

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 с ростом количества камер. Скорость реагирования аппаратуры на действия оператора выше в традиционных системах.

Методы цифровой обработки позволяют улучшать видеоизображение, фильтровать шумы, выделять и исследовать отдельные детали.

Состав системы телевизионного наблюдения выбирается исходя из количества объектов наблюдения, стоимости, требований к простоте управления и скорости реагирования системы.

Одну и ту же саму задачу можно решить, используя разные конфигурации систем. Средняя стоимость черно-белой камеры такая же, как и поворотного устройства. Следовательно,

экономически целесообразно использовать камеру с поворотным устройством в случае, если необходимый угол обзора больше 180° (угол обзора 180° можно обеспечить двумя камерами).

Скорость передвижения поворотного устройства находится _в пределах 0-12° в секунду. При избранном среднем расстоянии к объекту, например, 10 м, можно отслеживать передвижение предметов, что двигаются со скоростью не более 2 м/с.

В зависимости от количества объектов, предполагаемой наибольшей скорости их передвижения (человек 10 м/с, машина 30 м/с) выбирается необходимая скорость реагирования системы. При этом также необходимо учесть скорость реагирования оператора.

Выбор между традиционными и компьютерными системами сложен. 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 функций системы необходимо переделывать схему системы. В компьютерных системах возможности выполнения дополнительных функций решаются программными средствами.

Традиционные системы телевизионного наблюдения

Традиционные системы телевизионного наблюдения (в том числе со скрытыми камерами) могут применяться для широкого спектра объектов: от квартир, офисов и дач до складских помещений, магазинов, автомобильных стоянок и казино.

На "простых объектах" (небольшие магазины, автозаправки) устанавливают системы телевизионного наблюдения, в состав которых входят не более четырех телевизионных камер, монитор _П(|^ПР°^{СТЬ1е с}Р^едства обработки видеосигнала. Такие системы

у я ют различать мелкие предметы, номера автомашин, и г °^ммутатор позволяет наблюдать на экране монитора

нажения из любой камеры, выбранной оператором, в автоматическом режиме, последовательно от каждой камеры или с выбранной периодичностью.

Для документирования событий в систему может входить видеомагнитофон с генератором времени и даты. Такой генератор налагает на видеоизображение объекта строку текущих времени и даты в формате: год, месяц, число, час, минута, секунда.

При подключении отдаленных источников используются видеоусилители. Они позволяют обеспечить передачу видеоизображения на расстояние до двух километров.

При необходимости получить максимально полную информацию об объекте наблюдения, используют цветные камеры. Они позволяют различать цвет машин, одежды, прически и т.п.

Компьютерные системы телевизионного наблюдения

Компьютерные системы наблюдения предназначены для комплексного управления системой теленаблюдения. Они могут обеспечивать охрану и контроль доступа в помещение как небольших, так и больших офисов, банков и т.д.

Компьютерные системы обеспечивают:

• просмотр цветного и черно-белого видеоизображения от одного до шестнадцати источников видеосигнала одновременно или по выбору оператора;

• автоматическое или полуавтоматическое покадровое сохранение изображения в цифровом виде с заданной дискретностью;

• наложение даты, времени, служебных сигналов и другой информации на видеоизображение;

• сжимание и передачу по каналам вычислительной сети (глобальная, локальная), а также по каналам телефонной связи через модем;

• покадровый просмотр сохраненной видеоинформации с возможностью задавания выборки и сортировки по дате, времени, наименованию объекта и др.;

• обработку видеоизображения цифровыми методами в реальном масштабе времени;

• трансфокацию;

_ регуляцию яркости, цветовой насыщенности,

контрастности;

• монтаж видеоизображений;

• компенсацию фона, засветок, фильтрацию шумов и др.;

• дистанционное управление системой по телефонной

линии;

• подключение служебных сигналов (сигнал тревоги, вызова _и др.) и возможность автоматического управления системой по заданному алгоритму (например, уменьшение интервалов времени записи кадров при поступлении сигналов тревоги);

• программное и дистанционное управление системами охраны и многоуровневого доступа.

Для управления средствами теленаблюдения, сигнализации и системой контроля доступа используют программные средства.

Графический редактор позволяет построить план здания с автоматическим выведением "тревожной зоны".

Программа управления устройствами теленаблюдения позволяет управлять коммутаторами, видеомагнитофонами, мультиплексорами, трансфокаторами камер, мониторами и т.д.

Системы скрытого наблюдения

Системы скрытого наблюдения используют для повышения эффективности охраны и устанавливаются там, где необходимо скрыть факт наблюдения. Задача систем скрытого наблюдения- не изучать посетителей, а контролировать ситуацию на охраняемой территории.

С помощью плоской, размером со спичечный коробок, камеры со специальным объективом типа Pin-Hole (камера с вынесенным входным зрачком) и диаметром входного зрачка

0. 8-2,0 мм можно вести скрытое наблюдение за любой частью помещения. Такие камеры могут устанавливаться в корпусе часов, под обоями и т.д.

Более простым способом такого наблюдения является использование так называемых видеоглазков со ^сверхщирокоугольной оптикой, предназначенных для монтажа в ^двеРИ. Эти системы телевизионного наблюдения с целью повышения качества объектов имеют небольшое фокусное ^асстояние и угол обзора объектива до 160°.

Внешне они ничем не отличаются от обычных дверных глазков. Питание и передача видеосигнала от этих устройств осуществляется по кабелю или радиоканалу.

Для идентификации объектов в темное время сутки вместе с телекамерами используют устройства инфракрасной подсветки (длина волны 870 нм).