CCTV – Uzavřené kamerové okruhy Úvod do problematiky: • fyziologie lidského oka (čípky, tyčinky), nervový systém • vlastnosti jako akomodace, adaptace, rychlost vnímání, zorné pole, rozlišovací schopnost, ostrost, prostorové vidění, stálost vnímání barev Parametry lidského zraku: • akomodace oka – ostré zobrazení obrazu vzdáleného pod 6m (nejméně blízký bod) • adaptace oka – přizpůsobení se osvětlení 0,25-105 lx, vnímá i 2.10-9 lx, tj. až 14 řádů ! • rychlost vnímání – setrvačnost (kinematografie), závisí na jasu a kontrastu detailů/pozadí ! • zorné pole – typ. 8°H, 6°V, neostřeji ca 1,5° (obhledové pole – zapojení svalů) • rozlišovací schopnost – schopnost zhodnotit jasnost odlišovaných detailů (kritický detail) • zraková ostrost – schopnost rozeznat dva blízké detaily (typ. 1’ v centrální jamce) • prostorové vidění – stereoskopický mechanismus (virtuální realita – polarizace apod.) Spektrální citlivost lidského oka 1 0,9
skotopické vidění
relativní citlivost
0,8
fotopické vidění
0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 350
400
450
500
550
λ [nm]
600
650
700
Parametry přenosových televizních soustav Základní principy postaveny na: • fyziologická podstata vidění • princip řádkového rozkladu • opakování obrazů • oddělený přenos barvy a jasu (barevné systémy) Odvození základních parametrů TV systémů: • rozlišovací schopnost ca 1’ při zorném úhlu ca 10° – 600 řádků (625 – synch. generátory) • ideální poměr stran vychází z ideálního zorného pole – 4:3 • frekvence splývání 50Hz (zrakový vjem bez blikání) – historicky dáno použitím motorů • snímkový km. 50Hz a 625 řádků – šířka 13MHz – proto prokládané řádkování (1927) • počet přenesených řádků za vteřinu – 625 x 50 x ½ = 15625 (řádkový kmitočet) • šířka pásma pro nezkreslený obraz – 625 (řádků) x 832 (bodů) x 50 x ½ = 6 500 000 (Hz) • v praxi šířka pásma menší – v TV ca 5,5MHz
Standardy používané pro přenosové soustavy televize
Bez ohledu na typ normy vyvinuty 3 systémy přenosu bar. signálu: • NTSC (National Television Systém Comittee) USA 1954 – oběma bar. složkami je modulována nosná barvy • SECAM (Sequentiel á memoire) Francie 1957 – rozdílovými bar. složkami je modulována nosná barvy • PAL (Phase Alternatin Line) SRN 1961 - kvadraturní modulace barvonosné složky - Jasový signál zachován (kompatibilita s ČB). Barevný signál přenášen v podobě rozdílových signálů.
Legislativa v oblasti CCTV • platí všechny zákony, nařízení a požadavky pro zařízení nízkého napětí (NV 168 - obecné, 169 - EMC, 176 – nebezpečná prostředí) a obecné normy pro zařízení nízkého napětí doplňující příslušná nařízení (ČSN EN 60065, 60950 – požadavky na bezpečnost, ČSN EN 50081 – EMC)…. • nutné dodržet také směrnice o nutné bezpečnosti výrobků, prosazování shody apod. • speciální normou pro CCTV je ČSN EN 50132 – jednotlivé díly uvádějí všeobecné požadavky na kamery, monitory, řídící a přenosové systémy, záznamové zařízení, aplikace apod… - některé části stále rozpracovány, velmi pomalu se přejímají a harmonizují z evropských norem • CCTV je DOPLŇKEM poplachových systému (pojato tak i v EN) a proto nejsou definovány stejné třídy (stupně) zabezpečení jako např. v ČSN EN 50131-1, v mnoha případech se tedy musíme spokojit s konstatováním, zda dané CCTV zařízení splňuje nebo nesplňuje požadavky této normy pro daný stupeň
Stručná historie • 1878 – pokusy, telegrafický přenos obrazu • 1884 – vynalezen princip řádkování pomocí Nipkowova kotouče • 1934 – vynález první snímací elektronky Ikonoskopu • 1936 – pravidelné TV vysílání BBC (asi 300 majitelů TV) • 1941 – první průmyslově vyráběná kamera s superikonoskopem (50 lx, ekv. 250 tis. Euro) • 50. – 80. léta – pokusy s mozaikami fotodiod a zdokonalování elektronek pro snímání obrazu • 80. léta – počátek vývoje CCD (nábojově vázaná struktura) • 1985 – první komerční CCD kamery Použití 2 snímacích prvků: • snímací elektronky SIT a ISIT – vyšší rozlišovací schopnosti, citlivost, nižší S/N – nízké osvětlení ! • CCD – všude jinde (spolehlivé, levné, stálost parametrů, rozměr, geometrická stálost, odolnost vůči elmag. poli, odolnost proti vibracím, rázům, citlivost v BIS), velikosti 1“ – ¼“ (dnes převažuje 1/3“) Princip CCD – IT (inteline transfer) Panasonic 1/4” CCD (908x728 pixel)
Rozlišovací schopnost: • hranice ostrosti snímané scény • technicko-ekonomická hranice ! – 570 ř. u ČB kamery, 480 ř. u barevné kamery • pro nenáročné aplikace stačí 370-380 ř. ČB, 320-330 ř. barevné Citlivost: • minimální osvětlení v luxech (lx), kdy je výstupu kamery signál o 50% amplitudě • jde o hodnotu světla odraženou od snímaného objektu na objektiv kamery • dnešní lepší standard – 0,1lx/F1,2 u ČB kamer a 0,8lx/F1,2 u barevných kamer • pozor na VLIV CLONOVÉHO ČÍSLA !
Citlivost v BIS (blízké IR spektrum): • noční aplikace, neexistuje předpis, nutnost použití vhodného objektivu (v praxi vyzkoušet)
Odstup signál/šum (S/N): • B= 20 x log (videosignál/signál šumu) [dB], ideálně alespoň 50dB (1000:1), reflektuje pouze interní šum Synchronizace – důležitý parametr (způsob), jak zajistit synchronizaci signálů z více kamer v CCTV: • interní synchronizace (nejlevnější typy) – vnitřní oscilátor (CCIR, PAL odvození časů), vzhledem k tolerancím nelze u analogového přepínače zajistit synchronizaci, obraz poskočí při přepnutí, při použití zařízení s obvodem korekce časové základny se neprojeví • externí synchronizace – jediný referenční zdroj synchronizačního signálu, v CCTV se nevyužívá (dvojí kabeláž), použití ve studiové technice • synchronizace od napájecí sítě (linelock) – odvození synchronizace od střídavého napájení 230V nebo 24V/50Hz Napájení kamer: • 12V ss (externí zdroj) • 16 - 24V st (pozor na zálohu !) • síťové napájení 230V/50Hz (pozor na zálohu !) • napájení po koaxiálním kabelu ze speciální napájecí jednotky Řídicí výstupy kamer: • pro připojení objektivu s řízenou clonou • řízení videosignálem (AI) nebo stejnosměrným napětím (DC) 12V ss (externí zdroj) Doplňkové funkce kamer: • elektronická závěrka (electronic shutter control - ESC) – regulace náboje na CCD v závislosti na osvětlení, u moderních kamer typ. 1/50s – 1/100000s (např. 7000(shutter) x 15(AGC) = rozsah 105000, tj. 15 jednotek clonového čísla, elektronika překlene za 3s, objektiv za 3-10s) • kompenzace protisvětla (BLC) • automatické řízení citlivosti (AGC) – zvyšuje citlivost kamery (zisku videozesilovače) při nízkém osvětlení • gama korekce, vyvážení bílé atd. • možnost ukládání snímků přímo do kamery, parametry videodetekce, volby videovýstupu apod.
Příklad typických barevných kamer
HICW385H - Day&Nigh přepínatelná kamera
Digitální kamery: • klasický videovýstup (kompozitní), ale řízení parametrů elektronicky (na kameře, dálkově RS-485 apod.) • možnost ukládání snímků přímo do kamery (bez komprese viz tabulka), parametry videodetekce, volby videovýstupu, generování textu, nastavení barev, maskování špiček nebo oblastí atd.
Objektivy: • zobrazení zorného pole na světlocitlivou plochu CCD nebo elektronky, měřítko zobrazení – ohnisková vzdálenost • pevné nebo nastavitelné ohnisko – nastavitelné manuálně (2-3x) nebo motoricky (až 27x, tzv. motorzoomy) • clona – ruční nebo motorické nastavení, regulujeme množství světla • optická ostrost, různá subjektivní ostrost pro různá osvětlení • IR filtry apod….
Kamerové kryty: • především pro venkovní prostředí (až IP 67) nebo maskovací funkci (kouřové sklo kulatých krytů) • součástí venkovních krytů – protisluneční stříška, vyhřívání s termostatem, ochranné pospojování • možnost skrytého vedení, nestandardní upevňovací prvky • odpovídající kamerové rameno Polohovací hlavice: • 2 revrzibilní motory + převodové ústrojí • parametry jako nosnost, klimatická odolnost, úhlová rychlost, krouticí moment, mrtvý chod, proudový odběr… • často integrované provedení (DOME jednotky) Ademco HOV-30 (12DC/24AC/230ACV napájení, clona…)
Technické informace VICON S2000:
VICON DOME jednotka S2000
- Integrována barevná DSP kamera s vysokou rozlišovací schopností - Venkovní provedení s unikátním DAY/NIGHT režimem - 23x optický a 8x digitální ZOOM - Volitelná rychlost vychylování, závislost na ZOOMu - 4 poplachové vstupy, 1 reléový výstup - Řízení použitím RS422, RS485 nebo VICOAX - 79 obrazových pozic, 8 sekvencí max.32 kroků, 2 samoučící módy - Programování pomocí SCREEN MENU - Vestavěný titulkovač a reálný čas pro automatický provoz - Napájení 24VAC - Průměr jednotky pouhých 22.8 cm - Bílý plastový plášť s volitelným zabarvením průzoru
Systémy dálkového ovládání kamer • pohyb kamery v horizontální rovině • --- // --ve vertikální rovině • změna ohniskové vzdálenosti • změna ostření (blízké/vzdálené) • luxusní funkce (ostřikovače, stěrače, reflektory…)
Řízení po koaxiálním kabelu
Řízení přímo po vícežilovém kabelu
• kódování do snímkového zatemňovacího signálu • lokální napájecí zdroj • nelze použít videozesilovač na trase • omezení útlumem koaxu Řízení po symetrickém vedení
• úbytek ovládacího napětí na vedení • max. 100m
• samostatný kroucený pár (RS-485), UTP, STP • až 5km (s kvalitním kabelem) • někdy možnost hvězdicovité konfigurace • nutné převodníky
• metalické vedení • optické vedení • bezdrátový přenos
Přenos videosignálu Přenos po symetrickém vedení
Přenos videosignálu pasivní koaxiální trasou
Přenos videosignálu s korekčním zesilovačem
• nutnost převodníků symetrický TP – 75Ohm koax. • lepší EMG odolnost • galvanické oddělení přenosové trasy • silná závislost na kapacitě TP kabelu • možnost průběžných symetrických videozesilovačů
Bezdrátové vedení: • 10GHz (28MHz šířka pásma), výkon max. 2mW • změny pásma související se vstupem do NATO (nutno uvolnit) • dříve dáno GL ČTÚ Přenos po optickém vlákně: • využívá modulace laserů • 100-1000m, tam, kde nelze použít metalika (uzemnění, EMG rušení apod.) • profesionální aplikace až 100km bez průběžného zesílení • možnost multiplexního provozu díky velké šířce pásma optického vlákna • absolutní odolnost vůči EMG • izolovaný přenosový systém • odolnost vůči odposlechu • mechanické provedení optického kabelu v porovnání s koaxiálním kabelem • některé kamery mají přímo optický výstup (vstup) • nevýhodou je vysoká cena Přenos digitalizovaného videosignálu: • bezpečnostní aplikace • přenos po běžných telefonních, ISDN, datových spojích • nekomprimovaný datový tok pro CCIR je ca 220Mbit/s = PROBLÉM s přenosovým médiem • nutná komprese dat Komprese dat: • nepřenášet nadbytečné informace ! • aktuální obraz předvídat z minulého • přenášet pouze změny (co ještě nebylo přeneseno) • odhad zpřesni procesem výpočtu pohybů bodů a jejich nové polohy • nejpoužívanější M-JPEG, MPEG, H.261, Wavelet
Zařízení pro zpracování videosignálu Monitory: • klasické CRT, LCD • vybavenost BNC, S-video apod. • možné vyšší rozlišení (až 800 ř. ČB, až 550 ř. bar.)
Kamerové přepínače: • umožňují zobrazit obraz více kamer na 1monitoru, ne však současně • nejčastěji vybaveny poplachovými vstupy • 4-16 vstupů
Děliče obrazu, kvadrantový selektor: • umožňují zobrazit současně obraz více kamer na 1monitoru • nejčastěji vybaveny poplachovými vstupy, vkládání textu, času apod. • digitalizace vstupních signálů, nepracují v reálném čase • 2-8 vstupů
Multiplexery: • realizace multikamerových systémů s kvalitním záznamem • 4-16 vstupů videosignálu • přímé propojení s videorekordérem s dlouhou dobou záznamu (timelapse) • zkrátí na minimum mrtvý čas při přepínání signálů • vyrovnání časové základny (TBC) – možné použití kamer s vnitřní synchr. • digitalizace + záznam – záznam snímků spolu s kódem kamery
Dlouhodobý záznam v multiplexním režimu: • simplex (záznam a následné vyhodnocení) • duplex (záznam a současné zobrazení) • kvalita obrazu shodná jako z 1 kamery • minimální mrtvý čas • možnost zobrazit pohled zájmové kamery na samostatný monitor – komfort zobrazení
Křížové propojovací pole (křížový přepínač): • pro rozsáhle aplikace • matice s analogovými spínači – propojení libovolných prvků • pracuje v reálném čase – bez digitalizace • do 32 vstupů a 16 výstupů – kompaktní bez použití PC • větší systémy modulární • základ CPU jednotka s porty pro připojení klávesnic, poplachových modulů, polohovacích zařízení, PC apod.
Videodetektory (digitální detektory pohybu): • indikace narušení snímaného prostoru • funkce dnes obvykle implementována do multiplexerů nebo záznamových zařízení • vytvoření aktivních polí v obraze detekce změn • nastavitelná citlivost • maskování, minimální velikost objektu, čítač narušení • nejlepší zařízení rozpoznají směr pohybu, trajektorii, rychlost pohybu, skutečnou velikost … • tyto funkce pracují na grafické nadstavbě PC
Záznam obrazu Videorekordéry s dlouhou dobou záznamu: • vyvinuty výhradně pro CCTV aplikace • záznam v reálném čase (50 půlsnímků/s) • záznam ve vzorkovacím režimu (až 960 hodin na E180 kazetu) • možnost externího řízení, poplachové vstupy • poplachový výstup při ztrátě signálu • časové značky
Digitální záznam obrazu: • plná digitalizace signálů • podmíněno vývojem výpočetní techniky, záznamových zařízení (CD-R, DVD, ZIP, rychlé HD…) • velmi účinné kompresní algoritmy ! • záznam ve vzorkovacím režimu (až 960 hodin na E180 kazetu) • PC s interface – samostatné karty do PC (nebo externí box) + software. Až 4 analogové vstupy, možnosti dány HW PC a obslužného softwaru. • Hardwarové záznamové zařízení na bázi PC – kvalitní PC s operačním systémem (Linux, Windows…). Konstrukce přímo doplněna o potřebné periferie. • Čistě hardwarové zařízení – speciální zaměření CCTV. Prvky podobné komponentům PC, avšak to nejsou klasická PC. Společné rysy: • vstupy jsou analogové • multiplexer pro připojení více kamer • kvalitní komprese signálu + záznam na HD • zálohovací zařízení (CD-R, DVD-R, Jazz, paměťové karty …) • mají kontrolní analogový výstup (kromě 1. skupiny) • připojení k přenosové síti (ISDN, GSM, LAN …)
Digitální záznamová zařízení Dallmeier
• LAN interface • plný triplex (záznam/prohlížení/realtime) • digitální filtry pro potlačení deště, sněhu… • inteligentní vyhodnocení objektu (velikost, směr pohybu, rychlost) • reference k perspektivě • sledování pohybujícího se objektu • 2 digitální vstupy pro další možnosti • reléové výstupy pro každý kanál • dálková správa • SEDOR technologie pro detekci sabotáže kamery • MPEG-4 pro vzdálené prohlížení •… • Linux !
Digitální záznamová zařízení Axemax
• Plně triplexní provoz - živý obraz/záznam/přehrávání • Hybridní systém – připojení analogových i LAN kamer • DVRX800: 8-16 kamerových vstupů, DVRX1600: 16-32 kamerových vstupů • Rychlost záznamu 100/50 fps v rozlišení PAL • Propracovaná detekce pohybu • Vzdálený dohled a prohlížení záznamů přes LAN a Internet • Archivace všech událostí do deníku • Možnost využití poplachových vstupů a výstupů • Upozornění na poplach přes email, příp. SMS • Export a tisk snímků, export videosekvencí do AVI souboru • Integrovaná CD-RW mechanika (volitelně DVD-RW) • Standartně 200GB pevný disk rozšiřitelný vnitřně až na 2,4TB! • Síťové rozhraní 10/100 Mbps RJ5 • Výstup VGA monitor + kompozitní • USB 2.0 pro snadné připojení dalších periférií • Robustní provedení s možností uzamknutí celohliníkového čelního panelu • Možnost montáže do 19" rozvaděče • Možnost virtuální klávesnice
Digitální triplexní DVMR multiplexer, 16 vstupu, 400 pps, (bez HDD)
SAMSUNG SVR-1650-EDH
16 video vstupu, 16 smyckovaných výstupu s autoimpedancí (kopie vstupu), 2 BNC výstupy pro 2 nezávislé monitory A-B, Y/C výstup-A, VGA výstup-A, 16 alarm vstupu, 4 alarm výstupy, 4 audio vstupy, 2 audio výstupy, záznamová rychlost 400 snímku/s. pri rozlišení 352x288 bodu (CIF), záznamová rychlost 200 snímku/s. pri rozlišení 704x288 bodu (2 CIF), záznamová rychlost 100 snímku/s. pri rozlišení 704x576 bodu (4 CIF), (neobsahuje HardDisky), možno osadit až 4 interní PATA disky do 2TB, možnost rozšírení pomocí 1 až 4 externích diskových polí SVS-5, celková maximální možná kapacita pameti 10 000GB, komprese MPEG-4, TCP/IP sítová karta 10/100 Base vcetne programu dálkové správy, ovl.myš, soucasný možný pocet pripojených LAN/WAN klientu 4 (4 live a 1 záznam), soucasné nahrávání, prehrávání, zálohování, archivace na externí médium, USB, DVD, RS-232/422/485, PREalarm až 5s, digiZOOM, PIP, ATM/POS, funkce zázamu je možná až po osazení alespon jednoho HardDisku, 19" rack mount, napájení 230VAC, spotreba 75W pri 1 HDD
Barevná kompaktní venkovní kamera s IR přisvícením 25m CCD 1/3", rozlišení 420 TV řádku, objektiv 6.0mm, 24 IR diod 850 nm s dosvitem 25m, citlivost 0 lux s IR, AGC, voděodolné venkovní provedení, průměr kamery 60mm, délka kamery 130mm, celkový rozměr se sluneční clonou Š-97 x V-68 x D-157 mm, napájení 12VDC, odber 120mA (s přisvícením 500mA)
IP kamera Den/Noc s ICR a vyměnitelným objektivem SAMSUNG
PoE napájení po ethernetu, ZDARMA management SW, podporuje WEB prohlížeč MS IE 5.5 a vyšší, 1x poplachový vstup, 1x alarmový releový výstup, detekce pohybu, podporuje posílání FTP E-mail, podpora statické/dynamické IP adresy, 69x60x152mm, váha 570g, 12VDC/24VAC, (max. 2.5W)
čip 1/3" SuperHAD CCD, rozlišení 570 TVL, výměnný objektiv C/CS, DC autoiris, OS Linux, CPU 200MHz, přepínání Den/Noc, elektromotoricky odnímatelný IR filtr, analogový výstup BNC, citlivost Den/Noc 0.3lux/0.002lux SUp/F1.2, AGC, AWB, AES, ATW, AWC, SSNR, plně duplexní oboustranný přenos zvuku ADPCM, volba komprese MPEG4/JPEG, při rozlišení 352x288 (CIF) = 101 376 pixelu, max. 25 snímku/sec, pri rozlišení 704x288 (2 CIF) = 202 752 pixelu, max. 25 snímku/sec, pri rozlišení 704x576 (D 1) = 405 504 pixelu, max. 25 snímku/sec, 10/100Mb Ethernet, současný přístup 20 uživatelů, privátní zóny, RS-485, protokol TCP/IP, DHCP, HTTP, SMTP, FTP, DDNS
IP záznamové zařízení JVC VR-N1600
