В категории: Брой 12/2003, Електроника
Видеонаблюдение в дома и офиса
Системите за видеонаблюдение отдавна прекрачиха прага на луксозните офиси, на банките и големите учреждения. Да не говорим за „скромните” замъци, грижливо закътани зад масивни дувари в полите на Витоша. Причината за това е непрестанното поевтиняване на електронната и компютърната техника и същевременно на постоянното, при това бързо повишаване на нейното качество. Изграждането на собствена система за видеонаблюдение в апартамента, къщата и нейната околност, на гаража, работилницата или офиса вече не представлява проблем, а посредством компютър и връзка чрез Интернет във всеки момент може да се получи визуална картина от отдалечен на стотици или хиляди километри обект. Възможностите за реализация на такъв проект са твърде многообразни и зависят най-вече от конкретните потребности. Ако живеете в апартамент в многоетажна сграда, необходимостта от видеонаблюдение най-често се свежда до обзор на площадката пред входната врата, за да видите кой звъни и дали да му отворите. Системата представлява видеодомофон с вграден монитор, а при някои от моделите камерата и обективът са толкова малки, че се вграждат зад бутона на звънеца. Обективът на практика е почти незабележим, защото отворът пред него има диаметър под 2 mm. Това е много добро решение, когато в дома се намират сами възрастни и на практика напълно беззащитни хора.
При самостоятелни къщи потребността от видеонаблюдение значително нараства. Голямо удобство, а в някои случаи може да се окаже и крайно необходимо, е да знаете кой се намира пред плътната дворна врата, да имате поглед в гаража или основните подстъпи към къщата. Още по-полезна и в редица случаи незаменима е системата за видеонаблюдение, съчетана със системата за охрана и свързана към видеомагнитофон. Така ще разполагате с видеозапис на събитията във всяка минута от денонощието и за всеки ден.
Целта ни е да определим кръга на най-често срещаните приложения на системите за видеонаблюдение за подобряване на комфорта и сигурността в дома или малкия офис и начините за тяхното оптимално изграждане, включително и със собствени сили. Тук не става дума за постоянно наблюдение, а за възможността за получаване на видеоинформация за отделни участъци, когато се позвъни на входната врата или възникне алармен сигнал за подозрително движение в зоната на охрана. Най-лесно изпълнение на такава система е една или няколко видеокамери да се включат посредством най-обикновен коаксиален кабел с вътрешно съпротивление 75 към домашния телевизор, който има нискочестотен вход (за включване на видеокасетофон, например). Така само с натискане на бутон на устройството за дистанционно управление на екрана ще получите изображението от видеокамерите. За същата цел може да се използва и телевизор с малък диагонал на екрана.
Наличието на система за видеонаблюдение дава възможност не само за директно наблюдение, но и за запис на изображенията от всички камери. Това е ценна възможност, която значително повишава сигурността на охранителната система на дома или офиса.
В НС.3-4/2003 разгледахме как с помощта на обикновен, включително морално остарял компютър, даже и технически средно грамотен човек може да изгради нескъпа система за видеонаблюдение, а вместо на магнитофон записът да се извършва на твърд диск.
С тази статия си поставяме за цел да направим следващата крачка по темата, като хвърлим повече светлина върху тънкостите при подбора на отделните компоненти на системата за видеонаблюдение. За тази цел се обърнахме към фирма МАРТЕК (www.martec-bg.com), специализирана в изграждането на професионални сигнално охранителни системи, на видеонаблюдение, на противопожарни и други системи.
Видеокамери
За постигане на добро качество на видеосистемата при минимална цена трябва да се спазват няколко прости правила при избора на компонентите.
Основните и най-важни елементи на която и да било система за видеонаблюдение са видеокамерата и нейният обектив. От тях в най-голяма степен зависи обхватът на наблюдението и качеството на образа върху екрана на монитора. У нас се предлага практически всичко, което може да се намери и на световния пазар. Така че проблемът се свежда до това как човек да се ориентира в дебелите фирмени каталози, в многообразието от предлаганите модели, в обилната специализирана техническа информация и неизбежните абревиатури, заместващи цели изрази. За да не бъде човек обезкуражен и да се откаже, преди още да се е захванал за работа, му е потребна малко предварителна информация, а разшифровката на най-често използваните специализирани термини е дадена в края на статията.
За тази цел, първо, трябва да си отговори на въпросите:
1. Какво ще охранявам?
2. Какво ще наблюдавам?
3. Какви ще са щетите ми в случай на нежелано посещение от героите на нашето време – криминално проявени лица? Колко ще загубя в средства или във вещи, които нямат адекватно парично измерение?
4. Какви са границите, в които смятам за целесъобразно да инвестирам за изграждане на системата за видеонаблюдение?
5. Кои са правилата за тази дейност? Мога ли сам да избера частите на системата?
6. Към кого да се обърна за подкрепа при избора и монтажа на системата?
Едва след като всеки уточни за себе си отговорите на тези въпроси, може да отвори каталозите и да пристъпи към избора на компоненти за системата. Естествено, сложността на задачата трябва да съответства на нивото на техническата подготовка. Колкото системата е по-опростена и по-малка, толкова тези изисквания са по-малки, по-лесно и с по-малко средства ще бъде изградена.
На фиг. 1 е показана най-елементарната система за видеонаблюдение със следните компоненти:
1. Видеокамера с обектив и стойка. При монтиране на камерата извън дома ще се наложи да бъде поставена в кожух с отопление през зимата и вентилация през лятото.
2. Монитор – може да се използва и обикновен телевизор.
3. Коаксиален кабел с куплунги.
За много хора основният критерий при избора е цената, като се търси най-евтиният продукт. Правилото в случая е общовалидно и то винаги гласи, че всяка стока и нейното качество си имат своята цена. Проблемът е да не се купи нещо, което не си заслужава парите. Зле разбраната икономия винаги влече след себе си нови и като цяло – по-високи разходи. А всеки от компонентите в една система на практика определя нивото и качеството на функциониране на цялата система.
Цените на черно-белите видеокамери са свързани главно със стойността на преобразувателния чип (CDD матрицата), нейната разделителна способност, наличието на електронно управление на блендата на обектива, от качеството на захранването и др.
На нашия пазар за специализирана техника цените на видеокамерите варират в твърде широк диапазон. От куриозните 35 лв. за обикновена платкова черно-бяла камера до 6500 лв. за куполна свръхбърза цветна камера с оптично и цифрово увеличения на образа (общо до 256-кратно) и ред други възможности, които дори няма да коментираме, защото представляват интерес само за специалистите.
Кои са приемливите цени на видеокамери за ефективна и същевременно достатъчно качествена система за видеонаблюдение в дома? За платкови камери с обектив (допълнително се нуждаят от кутия, в която да бъдат монтирани) цената, под която не бива да се слиза, е 90–100 лв. Предлагат се и модели в пластмасови кутии, дори със собствен осветител със светодиоди, със сходна цена.
Платкови видеокамери
Платковите камери приличат на „шпионки” за врати, което обаче не означава, че може да се монтират по същия начин на крилото на вратата. Проблемът е в трудностите по прокарване на кабела, който при отваряне и затваряне на вратата бързо ще се скъса. За такива случаи се използват специални гъвкави метални брони, които предпазват кабела, но те струват, горе-долу, колкото самата камера.
Затова подходящото решение е камерата да се монтира близо до горния външен ъгъл на касата на вратата, скрита зад первазната летва под ъгъл около 45°. За такива цели се използват камери с диаметър на обектива между 0,8 mm и 1,5 mm. В този случай се препоръчва използването на платка с т.нар. „пин холд” обектив, чийто отвор е с посочената големина. „Пин холд”-обективът малко прилича на познатите класически обективи.
Стандартните видеокамери със собствен пластмасов или метален кожух и без обектив струват 150–200 лв. Цените на цветните видеокамери са около 25–30% по-високи от цените на черно-белите.
За да прецените качеството на по-евтините видеокамери, трябва да сравните техническите им параметри с данните на някоя доказано добра камера и тук навярно ще се наложи да потърсите консултацията на специалист.
Основните правила за избора на камера са:
1. Обхват на зоната на наблюдение
2. Тип на камерата
3. Тип на оптималния обектив
Колкото по-строги стават изискванията към системата или пък колкото по-голям става обектът, толкова повече се разширяват и изискванията към системата в технически аспект. Това включва усложнени изчисления за дълбочината на рязкост на обектива и съответно на камерата (зоната, в която всички обекти ще се различават ясно), на очакваната загуба на сигнала (влошаване на картината), на минималната осветеност и разделителната способност на компонентите. За по-големи и сложни системи, очевидно, ще се наложи да прибегнете до помощта или поне до консултацията на специалист.
Тук ще продължим с разглеждането на окомплектовката на по-малки системи за видеонаблюдение, подходящи за дома или за малък офис. В такива системи се използват предимно камери и обективи с формат 1/3″ или 1/4″. Те позволяват постигане на оптимално качество на работа на системата при минимални разходи за нейното изграждане.
Площ на обхвата (покритие)
Първото практическо правило е точно да определите обхвата на територията, която желаете да наблюдавате на монитора. Това може да бъде входната врата, по-точно площадката пред нея, фасадата около прозорците и балкона, когато жилището се намира на партера или на първия етаж, гаража или паркинга, където оставяте колата си под открито небе.
Повечето хора очакват от системата за видеонаблюдение качество на образа, сходно с качеството на обичайния телевизионен филм. Това, естествено, е почти невъзможно в границите на допустимите за тази цел разходи. Да не говорим, че за разлика от телевизионното студио, видеокамерата „наблюдава” слабо осветени обекти и даже може да работи в пълна тъмнина. Преследването на максимални цели води и до необосновано високи разходи.
Зоните на покритие на камерата могат да се разделят на:
* Малки площи – стая, входно антре или врата. Те се обслужват със стандартни камери и широкоъгълни обективи с фокусно разстояние 2,6–4,0 mm.
* Средни по големина площи – малък паркинг, голяма стая, магазини с открити площи или фасада на неголяма сграда. Тук следва да се избере камера с висока разделителна способност, която да осигурява качествен с възможност за различаване на дребни детайли образ. Подходящи са по-дългофокусни обективи с фокусно разстояние 4–12 mm.
* Големи площи – тук вече са необходими обективи с променливо фокусно разстояние (вариообективи) и висока разделителна способност. Те имат дистанционно управление и позволяват приближаване на образа, когато е необходимо да се видят повече подробности, или отдалечаване за постигане на максимално широк обхват на наблюдението.
* Наблюдение на определени детайли – например номерата на коли, или пък човешко лице.
Изборът на обектива винаги е въпрос на компромис, защото един и същ обектив с фиксирано фокусно разстояние не е в състояние едновременно да дава обзор върху обширна площ и същевременно да изобразява детайли, като номера на коли или лицата на хора. В първия случай е необходим широкоъгълен обектив, а във втория случай – телеобектив с фокусно разстояние, по-голямо от 12 mm. Възможните решения са две:
1. Да се изградят две независими системи с две камери (едната с широкоъгълен, а другата с телеобектив), като наблюдението се извършва върху два отделни монитора.
2. С помощта на специален превключвател (квадратиращо устройство, мултиплексор, последователен превключвател) на сигнала върху един и същ монитор да се наблюдава изображението от няколко камери едновременно или последователно (фиг. 2).
Необходимо е да се знае, че всички системи „камера-обектив” имат т. нар. „сляпо петно”, което се намира в непосредствена близост под нивото, на което е разположена камерата. Тази зона остава скрита за наблюдение. Неговата площ зависи от фокусното разстояние на обектива. При широкоъгълните обективи то е по-малко и се увеличава с увеличаване на фокусното разстояние, т.е. при телеобективите, които имат и по-тесен ъгъл на обзор.
Тази особеност е особено важна при наблюдение на къси разстояния (малките площи), където разстоянието между обекта и камерата е и по-малко. Решението е в използване на широкоъгълни обективи и поставянето на камерата възможно най-далеч от обекта. Ако ще наблюдавате врата никога не поставяйте камерата възможно най-високо, а на нивото на главата на човек и в хоризонтално положение. В противен случай ще може да наблюдавате отвисоко шапка или косата на посетителя, но няма да виждате лицето му.
Черно-бяло или цветно изображение
Повечето възрастни хора вече не си спомнят за черно-бялата телевизия, а младите даже и не се замислят, че може да има друга освен цветна. При охранителните системи и системите за видеонаблюдение обаче този избор е съвсем реален и е въпрос на ценово оптимизиране.
По принцип е прието черно-белите камери да се използват за външно, а цветните – за вътрешно наблюдение. Черно-бялата камера има предимството, че може да работи при много слаба светлина или даже в пълна тъмнина с помощта на инфрачервено осветление. Камерите за цветно изображение изискват доста високо ниво на осветеност. Обикновените цветни камери не работят задоволително при инфрачервено осветление, а тези, които имат такива възможности, са прекалено скъпи. Същото важи и за камери, пригодени за работа при ниско ниво на осветеност, поради което те не са приложими за системи в дома или малкия офис. Ако преценката на потребностите наложи някоя черно-бяла камера да работи през нощта и при инфрачервено осветление, тогава трябва да се избере специално конструирана за тази цел черно-бяла камера и помощно осветително тяло с инфрачервена, невидима за човешкото око светлина.
Разделителна способност на камерата
Този показател определя качеството, т.е. детайлността, на полученото върху екрана изображение. Колкото разделителната способност е по-голяма, толкова по-точно и с повече подробности е заснетото изображение. Тук камерите се делят в два класа.
* Стандартен, който е по-изгоден във финансово отношение. Тези камери позволяват наблюдение със задоволително качество на малки площи.
* Висок, който позволява получаване на по-пълна, детайлна и точна картина на състоянието и събитията в по-големи обекти.
Проблеми може да възникнат при съчетаването на видеокамери с различна разделителна способност в една система, а така също съчетаване на черно-бели и цветни камери. Проблемите нарастват, когато се използва мултиплексор и видеомагнитофон за запис на изображенията. По правило в една система разделителната способност на изображението зависи от компонента с най-ниска стойност. Следователно, при съчетаване на черно-бели камери с разделителна способност, примерно 320 линии, и цветни, които работят с разделителна способност 240 линии, системата ще работи с по-ниска разделителна способност и възможностите на черно-белите камери няма да се използват напълно. При същите разделителни способности на изображението работят мултиплексорите и видеокасетофоните. Черно-бяла камера с висока разделителна способност 560 линии ще бъде ограничена до по-малко от 350 линии, когато се използува цветен монитор със средна разделителна способност. Тя може да бъде намалена още повече, ако изображението се записва на видеокасетофон с разделителна способност 240 линии.
При по-малки обекти с един мултиплексор не е възможно да се разделят цветните от черно-белите камери. При по-големи системи за наблюдение тези две групи може да се разпределят към отделни мултиплексори, монитори и видеокасетофони.
Обективи
Част от видеокамерите имат вграден обектив, а други не и тогава той се купува отделно. Възможностите за избор са големи и оптималното решение зависи от обхвата и режима на наблюдение. Обективите може да бъдат с фиксиран или променлив фокус, с автоматична бленда или промяна на фокусировката по електронен път. Ръчно управляемите обективи са най-евтини и осигуряват задоволително качество на изображението. Подходящи са за използване във вътрешността на сградата и в комбинация с камера с електронно регулиране (EI) на количеството светлина, попадащо върху сензорната клетка. Те се използват в малки помещения с постоянно ниво на осветеност. Поради ограничения динамичен обхват не са подходящи за монтиране на места, върху които слънчевата светлина попада директно върху обектива, най-често близо до прозорци или входни врати. Също така поради липсата на бленда, която да ограничава отвора на обектива, те имат малка дълбочина на рязкост на изображението дори при добра осветеност. Такива обективи не са подходящи за наблюдение на територия, в която има различно отдалечени от камерата обекти.
За работа в условия на външен монтаж и при променяща се в широки граници осветеност се използват обективи с автоматична бленда или с управление спрямо нивото на видеосигнала (директно управление – DD). Последните са по-евтини от обективите с автоматична бленда, защото не съдържат електроника, а се управляват от промените на нивото на видеосигнала след видеоусилвателя на камерите (стига те да имат такъв изход). Използването на този тип обективи обаче изисква допълнителна настройка на камерите.
Обективите с променливо фокусно разстояние (вариообективи) предлагат по-голяма гъвкавост по отношение на приближаване и отдалечаване на изображението. Те обаче са по-скъпи и изискват електронно дистанционно управление.
Често добро решение дават и телеобективите. Има модели с ръчна или автоматична настройка на отвора на блендата. Повечето производители предлагат телеобективи с фокусно разстояние от 4–8 mm. Те позволяват по-голяма гъвкавост при избора на кадъра за наблюдение, а цената им е малко по-висока от обикновените обективи.
Фокусно разстояние на обективите
Изборът на обектива на първо място зависи от камерата, с която ще работи. Най-често използваният формат е 1/3″, а видът на обектива – с фиксирано фокусно разстояние. Предлагат се и обективи с формат 1/2″ и 1″, които в повечето случаи може да се използват и за камери с формат 1/3″ и 1/4″. За малки системи, които са обект на тази статия, най-често се използват обективи с фиксирано фокусно разстояние 2,8; 4,6 и 8 mm. Съответно величината на фокусното разстояние определя ъгъла, при който обективът и камерата „виждат” площта.
Определено умение изисква фокусирането на обектива. Най-често се избира точка, която се намира около центъра на наблюдаваното поле и представлява най-важният обект в него. През деня, когато осветяването е силно, блендата на обектива е свита и съответно неговата дълбочина на рязкост е най-голяма. С две думи, обектите, намиращи са на определено разстояние пред и зад определената точка, също ще бъдат добре фокусирани и ясно изобразени. При намаляване на осветеността блендата съответно се разширява, дълбочината на рязкост намалява и съответно повече обекти ще бъдат с неясно изображение. Следователно, при ниско ниво на осветеност или при инфрачервена светлина не може да се очаква от обектива и камерата да дават изображения с перфектен фокус на всички обхванати в кадъра обекти. На фокус ще бъде или фасадата на сградата, или лицето на човек близо до камерата, но не и двата обекта едновременно.
Светлочувствителност
Качеството на получаваното върху монитора изображение в много голяма степен зависи от осветеността на обекта и от светлочувствителността на видеокамерата. Огромен брой фирми ползват продукцията на няколко световни производителя на светлочувствителни сензори тип CCD. Това е елементът, който трансформира проектираното от обектива изображение в електрически импулси. От друга страна, количеството светлина, преминало през обектива зависи от неговата светлосила и относителен отвор – бленда.
Масово използваните 1/3″ обективи имат близки стойности на светлосилата си – стандартните стойности са F1,2 и F1,4. Когато осветеността е критично ниска, трябва да се използват обективи с добра светлосила, например F1,2. Това изискване важи с още по-голяма сила при камерите за цветно изображение.
Захранване
По отношение на захранването камерите са ниско- и високоволтови. По правило нисковолтовите се монтират за наблюдение във вътрешността на сградата, а високоволтовите се използват предимно за външен монтаж. Системите с ниско напрежение на захранването са по-евтини, монтират се по-лесно и бързо. Всяка от камерите се свързва с един коаксиален видеокабел и захранващ (често и алармен, срещу прекъсване) кабел. При това захранване камерите могат и по-лесно да се преместват. При външен монтаж и при липса на отразяващи светлината плоскости трябва да се предвиди допълнително осветление на площите, които се наблюдават от камерите. Кабелите за телевизионния сигнал и за захранването трябва да бъдат защитени и срещу атмосферни електрически разряди.
Разстоянието между захранващия блок и най-отдалечената камера е определящо при избора на сечението на кабелите. При постояннотоково захранване неминуемо се получава пад на напрежението, който зависи от дължината и сечението на проводника. Затова се предпочита захранване с променливо напрежение 24 V, при което тези проблеми сравнително лесно отпадат.
Най-добре е захранващият блок да се монтира в помещение, близо до контролния монитор или превключващото устройство. Това улеснява поддръжката и ремонта. Изборът на местоположението му зависи от големината и разположението на обекта, от отдалечеността на камерите и т.н.
Речник на най-често използваните специализирани термини
CCD (Charge Coupled Device) – преобразувател (чип), който изпълнява функциите на приемателна телевизионна тръба – видикон, нювикон и др.
AGC (Automatic Gain Control) – електронна верига за автоматично усилване на сигнала, която го увеличава при ниска осветеност. Това увеличава „зърното” в картината или т.нар. „шум”. При избора на камера търсете такива, които предлагат изключването на тази функция.
Ambient light (заобикаляща светлина) – осветеността на определен обект.
Aperture (бленда) – блендата контролира количеството светлина, което преминава през обектива.
Automatic iris (автоматичена бленда) – позволява автоматично регулиране на светлинния поток, който пада върху сензора.
Burn image – образ, който остава постоянно гравиран върху фоточувствителния слой на сензора в камерата или върху луминифора на монитора.
Chrominance (C) – част от видеосигнала, който съответства на информацията за цветовете.
Петър Кръстев
БР Статията е публикувана през 2003 г. и отразява нивото на техниката по това време. На пазара вече се продават напълно готови, комплектовани, системи за видеонаблюдение. Те позволяват бързото и лесно, без изискване на специални технически познания и на изгодна цена изграждане на такава система в дома или малкия офис. Изпълнението на такава система може да прочетете в статията „Направи си сам система за видеонаблюдение“
Коментирайте или задайте въпрос