Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Elektrotechnikai- Elektronikai Intézeti Tanszék

IP kamera készítése USB webkamera felhasználásával

Simon Jordán Szakdolgozat

Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Elektrotechnikai- Elektronikai Intézeti Tanszék

Villamosmérnöki szak Elektronikai tervezés és gyártás szakirány

IP kamera készítése USB Webkamera felhasználásával

Szakdolgozat

Simon Jordán ZUP3DF 2016



Szakdolgozat kiírás

2



Eredetiségi nyilatkozat Alulírott Simon Jordán, Neptun-kód: ZUP3DF, a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának végzős Villamosmérnöki szakos hallgatója ezennel büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában nyilatkozom és aláírásommal igazolom, hogy IP kamera készítése USB Webkamera felhasználásával című szakdolgozatom saját, önálló munkám, az abban hivatkozott szakirodalom felhasználása a forráskezelés szabályai szerint történt. Tudomásul veszem, hogy szakdolgozat esetén plágiumnak számít: -

szószerinti idézet közlése idézőjel és hivatkozás megjelölése nélkül,

-

tartalmi idézet hivatkozás megjelölése nélkül,

-

más publikált gondolatainak saját gondolatként való feltüntetése.

Alulírott kijelentem, hogy a plágium fogalmát megismertem, és tudomásul veszem, hogy plágium esetén szakdolgozatom visszautasításra kerül.

Miskolc, 2016. november 16.

…….……………………………….… Simon Jordán

3



Tartalomjegyzék SZAKDOLGOZAT KIÍRÁS ........................................................................................................................ 2 EREDETISÉGI NYILATKOZAT ............................................................................................................... 3 TARTALOMJEGYZÉK ............................................................................................................................... 4 BEVEZETÉS .................................................................................................................................................. 6 I. AZ IP KAMERÁK JELLEMZŐI ............................................................................................................ 7 A CCTV TÖRTÉNETE ................................................................................................................................... 7 AZ IP KAMERA ........................................................................................................................................... 10 AZ IP KAMERA KIALAKULÁSÁNAK FELTÉTELEI, JELLEMZŐI ..................................................................... 10 HD RENDSZEREK ....................................................................................................................................... 13 HD CCTV.............................................................................................................................................. 13 1. HD-SDI ........................................................................................................................................... 14 2. HD-CVI........................................................................................................................................... 15 3. HD-TVI ........................................................................................................................................... 15 4. AHD ................................................................................................................................................ 16 Analóg HD kábelek ............................................................................................................................. 16 HD IP kamerák ..................................................................................................................................... 17 ONVIF ÉS PSIA SZABVÁNY ...................................................................................................................... 18 Az ONVIF szabvány .............................................................................................................................. 19 A PSIA szabvány ................................................................................................................................... 20 AZ IP KAMERÁK ÁLTALÁNOS JELLEMZŐI .................................................................................................. 20 Az IP kamerák tulajdonságai ................................................................................................................ 22 1. Felbontás ......................................................................................................................................... 22 2. Letapogatás ..................................................................................................................................... 23 3. Fényérzékenység ............................................................................................................................. 23 4. Éjszakai mód ................................................................................................................................... 24 5. Jel-zaj viszony ................................................................................................................................. 24 6. Tömörítés ........................................................................................................................................ 24 7. Tápellátás ........................................................................................................................................ 25 8. Hang ................................................................................................................................................ 26 9. Intelligencia..................................................................................................................................... 26 10. Titkosítás ......................................................................................................................................... 26 OBJEKTÍVEK ............................................................................................................................................... 27 Az objektívek tulajdonságai .................................................................................................................. 28 1. Fókusztávolság ................................................................................................................................ 28 2. Látószög .......................................................................................................................................... 29 3. Írisz ................................................................................................................................................. 30 4. Mélységélesség ............................................................................................................................... 32 TÖRVÉNYI SZABÁLYOZÁS .......................................................................................................................... 32 II. A KERESKEDELMI FORGALOMBAN KAPHATÓ IP KAMERÁK ............................................ 33 KAMERA TÍPUSOK ...................................................................................................................................... 33 Panelkamera ......................................................................................................................................... 33 Az első kamerarendszerem ....................................................................................................................... 33 Csőkamera ............................................................................................................................................ 35 Kompakt kamera ................................................................................................................................... 35 Infra LED-es kompakt kamera .............................................................................................................. 36

4



Fix dome kamera .................................................................................................................................. 37 Ipari (box) kamera ................................................................................................................................ 38 PTZ kamera .......................................................................................................................................... 39 Speed dome kamera .............................................................................................................................. 39 Speciális kamerák ................................................................................................................................. 40 a) Sín kamera ...................................................................................................................................... 40 b) Ajtókamera ...................................................................................................................................... 40 c) Rejtett kamera ................................................................................................................................. 41 III. AZ IP KAMERA MEGVALÓSÍTÁSA .............................................................................................. 42 AZ ALAP ELKÉPZELÉS ................................................................................................................................ 42 TERVEZÉS .................................................................................................................................................. 42 A webkamera kiválasztása .................................................................................................................... 42 Az eszköz kiválasztása ........................................................................................................................... 43 Arduino UNO Rev3 .................................................................................................................................. 44 Arduino Yún Shield ............................................................................................................................... 46 A forgatás kivitelezése .......................................................................................................................... 47 Blokk-diagramm ................................................................................................................................... 48 KIVITELEZÉS .............................................................................................................................................. 48 A Yún Shield beállítása ......................................................................................................................... 48 Alap beállítások ........................................................................................................................................ 48 További beállítások .................................................................................................................................. 49 Illesztőprogramok ................................................................................................................................ 49 Stream-elés .......................................................................................................................................... 50 A weblap cím ....................................................................................................................................... 51 Külső elérés ......................................................................................................................................... 52 Az Arduino Yún Shield összekapcsolása az Arduino UNO-val ............................................................ 53 A motorvezérlés .................................................................................................................................... 54 Az alkatrészek .......................................................................................................................................... 55 A motor ................................................................................................................................................ 55 Tranzisztorok ....................................................................................................................................... 56 Diódák.................................................................................................................................................. 56 Ellenállások.......................................................................................................................................... 57 H-híd ......................................................................................................................................................... 57 Mozgásérzékelő vezérlő: .......................................................................................................................... 58 Tápellátás .................................................................................................................................................. 58 NYÁK tervezés ........................................................................................................................................ 59 Programozás ......................................................................................................................................... 61 Arduino IDE programozás ....................................................................................................................... 61 HTML programozás ................................................................................................................................. 66 Vezérlés .................................................................................................................................................... 68 ÖSSZEFOGLALÁS........................................................................................................................................ 71 SUMMARY .................................................................................................................................................. 73 IRODALOMJEGYZÉK ............................................................................................................................. 74 ÁBRAJEGYZÉK ......................................................................................................................................... 76 TÁBLÁZATJEGYZÉK .............................................................................................................................. 77

5



Bevezetés Manapság az internet világában nem szokatlan, szinte elkerülhetetlen, hogy hálózati eszközöket használjunk. Lassan minden ember képes a világhálóhoz csatlakozni, nem csak otthonában, hanem akár bárhol a telefonján is. Ezt az internetes kapcsolatot felhasználva tudjuk elérni azt is, hogy az IP kamerák segítségével a világon bárhonnan élő képet láthassunk otthonunkról, vagy arról, amit megfigyelni szeretnénk. A szakdolgozatom lényege, hogy egy olyan eszközt hozzak létre mikrovezérlő segítségével, ami egy egyszerű webkamerát IP kamerává alakít, azaz elvégzi a videojel feldolgozását, és a hálózatra csatolását a webkamerának, illetve lehetővé teszi a kamera forgatását a weblapról, ahol a kamera képe is látható. A szakdolgozatomban kifejtem az IP kamerák kialakulásának történetét, az első kamerák, kamerarendszerek alkalmazásait, az egységeket amik felépítik a kamerákat, és a technológiákat amiket használnak az IP kameráknál. Megemlítem a létező szabványokat, és a felvétel készítésre vonatkozó törvényeket. Bemutatom a forgalomban lévő IP kamerák típusait, és példaként az első saját kamerarendszeremet is. Végül részletesen kifejtem az egyedi részekből álló IP kamerám megtervezésének, és megvalósításának a lépéseit. A képalkotó egységnek egy webkamerát fogok használni, az élő kép internetre küldéséhez, és a kamera forgatásához pedig Arduino eszközöket. A Linux beállításához terminált, a mikrovezérlő programozásához az Arduino IDE szoftverét, a weblap elkészítéséhez pedig HTML programozást fogok alkalmazni. Az irányításhoz egy H-hidat készítek, aminek a NYÁK tervét gyártásra alkalmasra is elkészítem. A mozgásérzékelésre beinduló forgást is megépítettem és beleprogramozom a rendszerbe.

6



I. Az IP kamerák jellemzői A CCTV története A zárt láncú megfigyelő kamera rendszerek kialakulása nagymértékben összefügg a mozgókép létrejöttével, azaz a film és a TV történetéhez szorosan kapcsolódik. Ismert rövidítés a CCTV, ami a Closed Circuit Television-ból származik, jelentése magyarosítva Zárt Láncú Videó Rendszer (ZTV), melynek lényege, hogy kívülről nem lehet hozzáférni. Ez természetesen már csak részben igaz, hiszen a mai IP kamerák interneten keresztül bárhonnan elérhetőek. Mivel a biztonsági megfigyelés alapja a „gyors” képkészítés, és képet már régebben is tudtak készíteni, így pontosan nem ismerjük az első biztonsági kamera létrejöttének időpontját. Viszont az biztos, hogy 1913-ban már használtak „modern fényképészeti felügyeletet” a londoni Holloway börtönben, ahol politikai aktivistákról készítettek titokban fényképeket.

1. ábra - Az első megfigyelő képek [1] Az első CCTV kamerarendszert 1942-ben használták katonai célokra, ballisztikus rakéták indításának megfigyelésére.

2. ábra - Az első CCTV rendszer [1]

7



Eredetileg a tokiói olimpiára készítették ezt a két kamerát, de az olimpia a háború miatt meghiúsult. A kamerák egy széles, és egy tele-objektívvel voltak felszerelve, a fényérzékelésük pedig 50 lux1 körül volt. A kamerát a Siemens AG mérnöke Walter Bruch hozta létre, aki később a PAL szabványrendszert is kialakította (melynek lényege, hogy a páros és páratlan sorok felváltva jelennek meg, másodpercenként 25 képet alkotva, felbontása pedig 576 képsor). 1949-ben forgalomba került az első CCTV rendszer, amit a Vericon nevet kapta, 525 képsoros volt, és koaxiális kábelt használtak a kép továbbítására. Ezeket a kamerákat eredetileg rádióvezérlésű siklóbombákba építették, ahonnan 325 sorban és 40 frame/sec sebességgel továbbították a jelet. Így ez volt az első vezeték nélküli képtovábbítás. AZ FPS – Frame Per Second azt jelenti, hogy hány képkockát láthatunk másodpercenként. Átlagosan a megfigyelő kamerák manapság 6 fps-t használnak, de 25 fps esetén lesz csak folyamatos a kép. Ezek a kamerák már videojel vezérlésű autoíriszes objektívet is tartalmaztak, aminek segítségével a fény világosságát és sötétségét a kamera automatikusan állította, így reagálva a gyors fényviszony változásokra. Ezután 1956-tól, főleg Németországból indulva elkezdték a terek, utcák és emberek figyelésére is alkalmazni a megfigyelő kamerákat. 1960-ban helyezték üzembe az első térfigyelő kamerarendszert Frankfurtban, a forgalom ellenőrzésére. 1964-ben szerelték fel az első 4 rejtett kamerát Liverpoolban, a városközpontban. 1968-ban telepítették az első biztonsági kamerákat az Egyesült Államokban Olean-ban, hogy csökkentsék a bűncselekmények számát. A kamerák nem fixek voltak, hanem jobbra-balra pásztázták a területet, ezen kívül napi 24 órában figyelték a képüket.

3. ábra - Olean főutcája [1] 1

Egy lux az a megvilágítás, amelyet egy lumen fényáram egy négyzetméteren hoz létre.

8



1969-ben Albert Brown feltalálta az első otthoni megfigyelő rendszert, amit videó kaputelefonnal is kiegészített, és távirányítós ajtónyitóval. 1974-ben a főbb utak mellé forgalom figyelő kamerarendszereket telepítettek London teljes területén. A 1970-es évek vége felé megjelentek a VHS szalagok, így már tudták a felvételeket rögzíteni. Ezzel megnőtt a kereslet a biztonsági kamerák iránt a bankokban, és hasonló lopásnak kitett helyeken. Digitális képfeldolgozásról 1986-tól beszélhetünk, amikor a Kodak mérnökei létrehozták az 1969-70-ben felfedezett CCD érzékelőre alapozva az első 1,4 megapixeles2 felbontású CCD szenzort.

4. ábra - CCD szenzor [1] Az 1990-es évek elején megjelent a digitális multiplexer, így egyszerre több kamera képét is lehetett rögzíteni. Ezzel egy időben megjelent az időzítés, és a mozgásérzékelés is. 1992-ben Angliában

Newcastle-ban

kiépítették

az

első

mikrohullámú

jelátvitelű

térfigyelő

kamerarendszert, illetve megjelentek az utakon a sebességmérő kamerák. 1996-ban jelent meg az első IP kamera a piacon, majd 1998-ban az első megapixel felbontású IP kamera az IQinVision nevű cég által. (Az IP kamera lényege, hogy a jelátvitelre az IP – Internet Protokoll szabványt használja. Ezt lentebb részletesebben ismertetem.) Összességében az 1990-es évektől a technika rohamos fejlődésbe kezdett, így a kamerák is rohamosan fejlődni kezdtek. Az analóg fényképezőgépeket felváltották a digitális kamerák, a VHS szalagokat pedig a DVR-ek (Digital Video Recorder – Digitális Videó Rögzítő). Továbbá már nem volt akadály a kamera távoli elérése, vagy éppenséggel az arcfelismerés megoldása a képfeldolgozásban. [1]

2

A megapixel azt mutatja meg, hogy hány darab fényérzékelő található a szenzoron, így 1 megapixel egyenlő 1 millió pixellel, illetve képponttal.

9



5. ábra - 16 csatornás DVR elektronikája [1]

Az IP kamera Az IP kamera lényegében egy olyan webkamera, ami nem függ számítógéptől, ugyanis az be van építve a kamerába az operációs rendszerrel együtt. Így csak a tápellátást kell biztosítani az IP kamera számára, és a kommunikációhoz pedig LAN hálózathoz kell csatlakoztatni. Valójában ez egy egyszerű számítógép, saját beágyazott operációs rendszerrel, memóriával, videojel feldolgozó szoftverrel, és saját IP címmel. Ezeknek köszönhetően számítógépről, vagy interneten keresztül is elérhetjük. Az IP kamera előnye, hogy egyszerűen csak fel kell szerelni, hálózatra csatolni, és bárhol a világon elérhető az élő kép.

Az IP kamera kialakulásának feltételei, jellemzői Alapvetően azért is alakult ki az IP kamera az analóg kamerákat lekörözve, mert a PAL szabványból, – váltó soros képalkotásból, és az 50 Hz-es képfrekvenciából – igen sok hátrány adódott. Miután egyre több számítástechnikai eszköz terjedt el, megfizethetővé váltak az átlagos emberek számára is. A digitális adattárolók kiszorították az analógokat, és a rögzített képek minősége is sokkal jobb lett. Elindult a képalkotó chipek tömeggyártása, így csökkent az áruk. Megnövekedtek a hálózatok sávszélességei, ezen kívül a videojel digitalizálása és tömörítése is sokkal hatékonyabb lett. Megnőtt az igény a nagyobb felbontású képalkotásra. Ettől kezdve már nem volt akadályozó tényező abban, hogy a CCTV rendszert összekapcsolják a hálózattal. Az első IP kamerát 1996-ban az Axis Communication mérnökei fejlesztették ki, és az Axis Neteye 200-as névre hallgatott. A teljesítménye még kicsit gyenge volt, mert csak a CIF képfelbontást tudta (352×288), és ezt is csak 1 kép/másodperc sebességgel volt képes frissíteni. Az első megapixel felbontású IP kamera az IQinVision nevű cég által került piacra.

10



6. ábra - Axis Neteye 200 [2] Eleinte az olcsó, de viszonylag zajos CMOS érzékelőket alkalmazták a képalkotásra, melyek fényérzékenysége több volt, mint 10 lux. 2002-től elterjedtek a cserélhető objektívvel rendelkező IP kamerák, illetve a CMOS érzékelőket jó minőségű CCD érzékelők váltották fel. Ettől kezdve nagyobb gyártók is elkezdték felismerni az IP kamerák előnyeit. 2005-2006 táján már általánosan használták a 640×480-as képfelbontást, amik 25 kép/ másodperccel tudták frissíteni a képet. Megjelent a progresszív letapogatású CCD-t alkalmazó IP kamera. (Progresszív letapogatás: a képalkotás nem váltósorosan történik, mint a PAL szabványban, hanem egyszerre történik a kép minden részének érzékelése, így a gyors mozgás sem lesz elmosódott.) 2008-ban újabb fordulópontot jelentett az ONVIF és a PSIA szabvány megjelenése. A piacvezető IP CCTV gyártók elhatározták, hogy szabványosítják az IP kamerarendszert. Napjainkban 1,3 vagy 2,1 megapixeles kamerákat használnak, de már létezik 30 megapixeles is. A CCD helyett újra CMOS érzékelőt használnak, természetesen más, sokkal jobb minőségűt, mint 10 éve. Az MJPEG és az MPEG-4 tömörítési eljárások helyett már a H.264 szabványt alkalmazzák.

7. ábra - DVR elölről [13] 11



Az IP kamerák fejlődéséhez elengedhetetlen volt a videó rögzítők fejlődése is, így alakult ki a DVR-ből (Digital Video Recorder) az NVR (Network Video Recorder) ami nem más, mint a hálózati videó rögzítő. Az NVR lényege, hogy önmagában egy számítógép, beágyazott operációs rendszerrel. A hálózatra csatolt kamera képet egy program segítségével megjeleníti, kommunikál a kamerával, vezérli azt, és legfőképpen merevlemezre rögzíti a kamera képét. Mind az IP kamerában, mind az NVR-ben elérhető már több intelligens funkció is, mint a képtartalom változáson alapuló mozgásérzékelés, arcfelismerés, és sok egyéb hasznos funkció (később részletesebben). Ez a videó analitika ma már elképesztő megoldásokra képes.

8. ábra - DVR hátulról [14]

9. ábra - NVR hátulról [15] Ezen kívül ismertek még a videó szerverek, más néven videó encoder-ek.

10. ábra - Videó encoder [2]

12



Az encoder-ek az analóg jelből készítenek digitális jelet. Képesek egy kamerát az IP CCTV rendszerbe illeszthetővé tenni, illetve analóg kamerát megjeleníteni interneten. A videó szerverek is MPEG-4 és H.264 tömörítési formátumot használnak, és az alap felbontásuk D1 (720×576). Természetesen ennél kisebb felbontást is tudnak, mint például a 4CIF (704×576), a 2CIF (704×288), és a CIF (352×288). [2] A szakdolgozatom témája is hasonló, azzal a különbséggel, hogy a videó digitalizálását a webkamera végzi, így az nem jelent többlet költséget. Egy digitális webkamerát fogok IP CCTV rendszerbe illeszteni.

HD rendszerek A HD rendszerek lényege, hogy nem csak a kamera, hanem az egész CCTV rendszer HD. Ez tartalmazza a HD kamerákat, a megfelelő vezetékeket, és a HD monitorokat is.

HD CCTV A HD CCTV rendszer létrehozására azért volt szükség, hogy nagy felbontású (HD) kamerarendszert lehessen kiépíteni. A sima HD CCTV elsődleges szempontja az volt, hogy ezt a minőséget a kamerák és a monitorok cseréjével lehessen megoldani, azaz ne kelljen a vezetékeket kicserélni. A HD CCTV rendszerben a kameraoldalon nincs képtömörítés, csak a rögzítő oldalon, így az áruk is alacsonyabb, mert nem tartalmazzák a tömörítést végző áramköröket. A HD IP CCTV rendszerekben a kamera oldalon is van képtömörítés, így a kamerák árai magasabbak, és a jelátvitelhez TCP/IP protokollt kell alkalmazni. A HD CCTV előnye még, hogy valós idejű megjelenítésre képes, mert a tömörítés nem késlelteti az átvitelt, a legolcsóbb HD felbontású kamerarendszer, rendelkezik HDMI (High Definition Multimedia Interface – Nagyfelbontású Multimédiás Interfész) kimenettel is a BNC (Bayonet Nut Connector - Koaxiális bajonettzáras kábel csatlakozó) mellett, illetve lehetőség van a távoli megfigyelésre is, hiszen a HD rögzítők is csatlakoztathatóak az internetre. Mivel a HD CCTV globálisan elfogadott szabvány, így a kompatibilitás sem jelent problémát különböző gyártók termékei között. A HD CCTV digitális változata (HD-SDI) 2011-ben jelent meg a piacon, míg az analóg változata (HD-CVI) 2013-ban. 2014-ben jelentek meg a HD-TVI és AHD analóg technológiák. [3]

13



11. ábra - Analóg vs. HD CCTV [3]

12. ábra - Analóg vs. HD CCTV [3]

1. HD-SDI

13. ábra - HD-SDI [3] A HD CCTV (High Definition Closed Circuit Television) esetén a digitális jelátvitel jelent meg először, és az analóg működésűek csak évekkel később követték. A HDI-SDI (High

14



Definition Serial Digital Interface – Nagyfelbontású Soros Digitális Interfész) digitális adatátvitelt hajt végre, hiszen digitális kamerából digitális jel jön ki, tehát nem tartalmaz digitál-analóg átalakítót. Az átviteli távolság növeléséhez szükséges alkalmazni egy „repeater” nevezetű jel ismétlőt, aminek a célja a jel felerősítése az átviteli távolság növelése érdekében. Egy kábelen belül maximum 5 „repeater” használható. A HD-SDI rögzítők árai viszonylag magasak az analóg DVR-ek áraihoz képest. [3]

2. HD-CVI

14. ábra - HD-CVI [3] A HD CCTV egyik szabványa a HD-CVI (High Definition Composite Video Interface – Nagyfelbontású Összetett Videó Interfész) 2012-ben jelent meg, a kínai Dahua cég által, aki a világon a második legnagyobb CCTV gyártó. A HD CCTV szabványt 12 szabadalommal támogatta. Ez a technológia képes koaxiális kábelen analóg jelátvitelt biztosítani. 2014-ben a második verziója (HD-CVI 2.0) képes a progresszív letapogatásra, támogatja a Plug and Playt3, és 500 méteres is lehet az összekötő vezeték hossza. Ma már több cég termékeiben is megtalálhatóak a Dahua cég HD-CVI chipset-jei. [3]

3. HD-TVI

15. ábra - HD-TVI [16]

3

Plug and Play jelentése: egyszerűen, konfiguráció nélkül csatlakoztatható és használható.

15



A HD-TVI-t (High Definition Transport Video Interface – Nagyfelbontású Videó Szállító Interfész) tévesen a világ legnagyobb CCTV gyártója a Hikvision alkotásának tekintik, de hivatalosan a Techpoint cég hozta létre 2012-ben Kalifornia államban. A főbb paraméterei megegyeznek a HD-CVI jellemzőivel, de egymással nem kompatibilisek, sem a kamerák, sem a DVR-ek. A Hikvision a Turbo HD elnevezést is használja a HD-TVI technológiára. Az eredeti cég félvezető gyártással foglalkozik, így az integrált áramköröket csak eladja más cégeknek. [3]

4. AHD

16. ábra- AHD [3] 2014-ben jelent meg az AHD (Analog High Definition – Analóg Nagyfelbontás) a piacon, bár a kifejlesztése már 1997-ben megtörtént, a Nextchip cég által. Szintén félvezető gyártó cég, így az integrált áramköröket eladja más cégek számára. Elsőként a DSP (Digital Signal Processing) és az ISP (Image Signal Processing) áramkörei jelentek meg, 720p (p – progresszív) felbontással, majd csak hónapokkal később jelentek meg az 1080p felbontású chip-ek. Az AHD sem kompatibilis más technológiákkal, mint a HD-CVI vagy a HD-TVI. [3] Analóg HD kábelek Ezek a kábelek képesek a videojelet full HD minőségben továbbítani, a hagyományos analóg 75 ohmos koaxiális kábelen. Több változata is ismert ezeknek a kábeleknek, mint az RG11, RG6 és az RG59. Előnye az IP CCTV rendszerrel szemben, hogy a CAT5 és CAT6 kábelezés 100 méteres korlátozása a HD CCTV rendszerre nem érvényes. További előny, hogy a 25 kép/másodperc adatátviteli sebességű élőképet késleltetés nélkül továbbítja. Ez az IP CCTV rendszereknél

nehezen

megoldható.

A

CCTV

kábelezésről

http://oktel.hu/szolgaltatas/kamerarendszer/cctv-rendszerek-kabelezese/

részletesebben

a

weboldalon

olvashatunk. [3]

16



17. ábra - RG-59 koax [17]

HD IP kamerák A HD (High Definition) IP kamerát vagy más néven HDTV IP kamerát nem szabad összekeverni a megapixel felbontású IP kamerákkal, ugyanis a HD IP kameráknak szigorú szabványai vannak. Úgyis mondhatnánk, hogy nem minden megapixel felbontású kamera HD, de minden HD kamera megapixel felbontású. Ezek a HDTV-re (HD IP kamerákra) vonatkozó szabványai az SPMTE-nek (The Society of Motion Picture and Television Engineers, vagyis Mozgókép- és Televíziós Mérnökök Egyesülete) egy időben (2008-ban) jelentek meg az ONVIF szabvánnyal, és ugyanúgy a BOSCH és a Sony kezdeményezte.

18. ábra - Bosch HD IP kamera [4]

19. ábra - Sony HD IP dome kamera [4] A HD IP kamerák HD IP CCTV rendszerben vesznek részt, és két különböző szabványhoz is igazodnak. Az egyik HDTV szabvány az SMPTE 296M, ami a HDTV 720 P-t jelenti, 16:9-es oldalaránnyal, progresszív letapogatással, 1280×720 pixel felbontással, 25/30-50/60

17



kép/másodperces frissítéssel. Ez igazából nem is megapixeles felbontás, csak a matematikai kerekítés miatt (0,922 ~ 1) került az 1 megapixeles HD kamerák közé. A másik az SMPTE 274M, ami a HDTV 1080-at jelenti, 16:9-es oldalaránnyal, progresszív vagy váltósoros letapogatással, 1920×1080 pixeles felbontással, 25/30-50/60 kép/másodperces frissítéssel. Ez a felbontás (2,1 megapixel) már full HD-nek minősül. (Ez a PAL szabvány felbontásának ötszöröse.) Fontos tulajdonsága még ezeknek a kameráknak, hogy a szín információkat, és a kép világosságának az információit külön kezeli a kamera, így nagyon pontos színeket lehet vele elérni. Jól látható a 19:9-es oldalarány követelmény, aminek az oka az, hogy az emberi szemnek ehhez hasonlít legjobban a képalkotása, nem pedig az 5:4 vagy 4:3 képarányhoz. Ebben is különbözik a HD IP szabvány, ugyanis a megapixel kameráknál nem kötelező a 16:9-es oldalarány. Természetesen ehhez a HD CCTV rendszernek is alkalmazkodni kell, és HD monitorokat kell a kép megjelenítéséhez beszerezni, 19:9-es oldalaránnyal. Fontos követelmény még, hogy minimum 25 kép/másodperces sebességet kell biztosítania a HD IP kameráknak, így progresszív letapogatással teljesen folyamatos és tiszta képet kapunk. Mivel az előírt felbontás 2,1 megapixel, így a hálózati adatátvitel sem ütközik problémába, ellenben a még nagyobb megapixel felbontású kamerák esetében. A hálózatok korlátai miatt 3-15 kép/másodperc sebességre képesek csak a megapixel felbontású kamerák, ami nem ad folytonos képet, ellenben, nagyobb felbontású képeket kapunk. Így lett előny a megapixeles kamerák esetében a HD IP kamerák hátránya (a nem elég nagy felbontás). Mivel a megapixeles kamerák nem tudják biztosítani a folyamatos képet, illetve a hálózat nem képes rá, így nem lehetett a HD IP szabvány közé sorolni a nagyobb felbontású (3, 5, 8, 16, 21, 29 Megapixeles) kamerákat, hanem létre kellett hozni egy másik szabványt is, ami nem más lett, mint az ONVIF. [4]

ONVIF és PSIA szabvány Elsősorban azért volt szükség a szabványosításra, mert minden gyártó a saját szabványát alakította ki, így különböző gyártók termékei nem voltak kompatibilisek egymással, sem az IP kamerák, sem a hálózati rögzítők. Eleinte ez előnyös volt a gyártóknak, de a piaci igények hatására mégis hajlottak a szabványosításra, ami az IP alap videó megoldásokban rejlő lehetőségeket jelentős mértékben növelte. Így jött létre két szabvány, az elterjedtebb ONVIF, és a kevésbé elterjedt PSIA szabvány. [2]

18



Az ONVIF szabvány

20. ábra - ONVIF [2] Az ONVIF jelentése Open Network Video Interface Forum, magyarul Nyílt Hálózati Videó Interfész fórum. 2008-ban jött létre azért, hogy egy olyan ipari szabványt hozzanak létre, ami biztosítja minden IP rendszerű videó eszköz között a működést, gyártótól függetlenül. Például IP kamerák, hálózati rögzítők, és szoftverek között. Az ONVIF szabvány meghatározza az IETF4 és Web Service5 szabványokat, IP-konfigurációt, biztonsági követelményeket, eseménykezelést, videó elemzést, valós idejű megtekintést, azaz hogy milyen közös protokollal legyen a videó, hang, metaadatok, és a vezérlő információk átadása és cseréje. Mindemellett az eszközök intelligensen keressék meg a hálózatot, és automatikusan csatlakozzanak rá. Az első ONVIF szabványos IP kamera 2009 augusztusában jelent meg. Ma már több mint 4000 termék szerepel abban a listában, amely termékek együtt tudnak működni egymással. Több mint 500 tagja van a fórumnak, többnyire felhasználó tagok. A teljes jogú és közreműködő tagok (kb. 50 tag) beleszólhatnak a fejlesztésbe, míg a felhasználó tagok csak használhatják a szabványt, segítve a fejlesztéseket. A szabványt alapvetően három nagy cég hozta létre, az első IP kamera gyártója az Axis Communications, a Bosch Security Systems és a Sony Corporation. Ebből kifolyólag, mivel nem független szabványügyi testület hozta létre, az ONVIF nem hivatalos szabvány. Összességében azért jó az ONVIF szabvány, mert nem csak gyártón belül válogathatunk az IP termékek közül, hanem bármelyik ONVIF-et használó gyártó termékét választhatjuk, hiszen a vásárló tudja mire számíthat, hogy az eszközök kompatibilisek lesznek egymással. Így időtállóságot is biztosít, mert az ONVIF gyártó független, így nem számít mi történik a gyártóval. [2]

4 5

IETF: Interneten használatos szabványok szabályozója. Web Service: alkalmazások közötti protokollokat és szabványokat tartalmaz.

19



A PSIA szabvány

21. ábra - PSIA [2] A PSIA jelentése Physical Security Interoperability Alliance, magyarul Fizikai Biztonság Kölcsönös átjárhatóság Szövetsége. Szintén 2008-ban jött létre, a jelentős különbség az ONVIF-hez képest, hogy az alacsonyabb részesedésű cégek tagjai (kb. 50 tag). Például Cisco Systems, Honeywell, Tyco, IQinVision. Piaci szerepe kisebb, mint az ONVIF-é, de céljai hasonlóak. Több cég mind a két szabványrendszernek is a tagja. [2]

Az IP kamerák általános jellemzői Nem olyan régen még különleges és ritka dolognak számított egy IP kamera, manapság azonban már teljesen természetes az ilyen típusú kamerák használata, főleg amióta az internetes hálózat is jobban elterjedt, és az IP kamerák ára is megfizethető vált. A képalkotás azonos a hagyományos kamerákéval, az eltérés a képtovábbítási módszerben van, hiszen az IP kamera interneten keresztül, vagy helyi WIFI/LAN hálózaton keresztül továbbítja a képeket. A fő probléma a hagyományos kamerákkal az, hogy a képalkotás (többségében) digitálisan történik, majd a kamera az analóg koaxiális kábel számára analogizálja a videojelet, ezután a digitális rögzítő a beérkező jelet ismét digitalizálja, és digitálisan tárolja. Ez a többszörös jelátalakítás rontja a képminőséget. Mivel az IP kamerák digitális úton továbbítják a képet, így az IP CCTV rendszer használatával elkerülhető a konverziós jelveszteség. Az IP kamerák elsősorban árnyékolás nélküli sodrott érpáras UTP (Unshielded Twisted Pair) kábellel csatlakoztathatók a LAN (Local Area Network) helyi hálózathoz, RJ-45-ös szabványos csatlakozón keresztül.

22. ábra - UTP kábel [18] 20



Természetesen az vezeték nélküli hálózatok fejlődése miatt az IP kamerák WIFI (Wireless Fidelity, WLAN, vezeték nélküli hálózat) használatával is képesek a LAN hálózathoz csatlakozni.

23. ábra - RJ45-ös csatlakozó és az UTP kábel lábkiosztása [19] Az IP kamera saját IP címmel rendelkezik. A beágyazott IP szerver biztosítja a képek tömörítését, titkosítását, és továbbítását egy számítógép, LAN hálózat, vagy az internet felé. Ez a szerver egy honlappal rendelkezik, ami a világ bármely részéről elérhető internet kapcsolat, és WEB böngésző segítségével vagy videó kezelő szoftverrel. Ezen keresztül megtekinthető a kamera élőképe, hallható a környezet hangja, és elvégezhető a kamera paramétereinek beállítása is. A képrögzítés és az élőkép figyelése párhuzamosan is történhet több számítógépről is. A szakdolgozat is egy ilyen beágyazott IP szerver megalkotásáról szól. A bonyolultabb IP kamerák ezeken a funkciókon kívül saját memóriával rendelkeznek, érzékelik a videón a mozgást, és a kamera mozgatásának a lehetősége is megvan. Ezen kívül eseményvezérelt riasztásokat is kezelnek, mint a jelvesztés, vagy a mozgásérzékelésére automatikus videó rögzítés. Természetesen az időzített felvételek készítése sem jelent problémát. Az intelligens IP kamerák ezeken kívül képesek az arcfelismerésre, vevőszámlálásra, vagy a közúti záróvonal átlépésének a figyelésére.

21



Léteznek kompakt IP kamerák, éjjellátós IR LED-es IP kamerák, IP box és IP dome kamerák, valamint negyvenszeres optikai zoom-mal rendelkező IP speed dome kamerák. (Ezekről részletesen a Kamera típusok részben írok.) [5]

Az IP kamerák tulajdonságai 1. Felbontás

24. ábra - Felbontások [5] A felbontás jó minősége az egyik legnagyobb előnye az IP kameráknak. Az analóg kamerák a PAL (Phase Alternating Line – Fázis Váltó Sorok), az NTSC (National Television System Committee – Nemzeti Televízió rendszer Bizottság) és a SECAM (franciául: Séquentiel couleur à memoire – Egymás utáni sorok memóriája) korlátai közé voltak szorítva. Azonban az IP kamerák ezt a határt át tudták lépni. A nagyobb felbontású képen sokkal könnyebb felismerni és azonosítani tárgyakat, embereket, ami a videó megfigyelő rendszernél egy elsődleges szempont. A PAL szabvány legnagyobb elérhető felbontása (D1) a 720×576 sor, ez 0,4 megapixeles felbontás, és a képarány is csak 4:3 lehet. Habár hálózati kamerából is elérhető 640×480-as felbontású, általánosan az IP kamerák 1,3 vagy 2,1 megapixelesek, ami kb. háromszorosa az analóg kamerák maximális felbontásának, és a képarány bármilyen lehet. Természetesen ennél sokkal nagyobb felbontású IP kamerákat is lehet kapni, melyek felbontása 3, 5 vagy akár 30 megapixeles is lehet. Ezekhez a kamerákhoz elengedhetetlen a megapixeles objektívek használata, aminek összhangban kell lennie a kamera felbontásával. [5] [6]

22



2. Letapogatás A második előnye az IP kameráknak, hogy az analóg kameráknál alkalmazott Interlace (váltósoros) képletapogatás helyett progresszív (egész képes) képalkotást alkalmaznak. Az analóg kamerák egy képe két rész-képből készült el, amik kis időeltolódással jöttek létre, és az egyik kép a páros, míg a másik a páratlan sorokat tartalmazta. Ez a két kép rakódott össze egy képpé. Ez azt eredményezte, hogy a mozgó objektumok kontúrjai elmosódottak, recések lettek, és a kép egyes részeinek felismerhetősége (pl. arcfelismerés vagy rendszám azonosítás) nem biztos, hogy sikeres volt. Mivel azonban ma már az IP kamerák progresszív letapogatást alkalmaznak, ezért a kép egésze ugyanabban a pillanatban készül el, így biztosítva a tiszta és éles képet (ráadásul nagy felbontásban). [5]

25. ábra - Interlace és progresszív letapogatás [5]

3. Fényérzékenység Az IP kamera fényérzékenysége az a legkisebb fényszint, ami mellett még képes a kamera a képalkotásra. Ez általánosan a fekete-fehér kameráknál 0,005 lux, a színes kameráknál pedig 0,1 lux. Alacsony fényszint, vagy sötétség esetén célszerű reflektorokat, vagy infrasugárzót használni, ami szabad szemmel nem látható. A kompakt kameráknál beépített ez a funkció, és automatikusan kapcsol át a kamera éjszakai üzemmódba. [6]

23



4. Éjszakai mód Ahhoz, hogy éjszaka is látható képet kapjunk a kamerából, szükséges a megfigyelt terület megvilágítása. Ez történhet reflektorral, vagy emberi szemmel nem látható infravörös sugarakkal (IR – infra vörös, latinul: vide infra – vörös alatti, vagy lásd alatta). Ezeket a sugarakat általában infravörös LED-ekkel hozzuk létre, a magas élettartam, és a kis helyigény miatt. Jellemző hullámhosszuk 730 nm (emberi szemmel látható), 850 nm (emberi szemmel alig látható) és 940 nm (emberi szemmel nem látható), ezeket fekete LED-nek is nevezik. Az első LED típus a hagyományos GaAs (gallium-arzenid) kétlábú LED, aminek élettartama rövid, 6-8000 óra, és hatótávja is maximum 15-30 méter lehet, amit a LED-ek számának emelésével nem lehet növelni. A másik típus az AlGaInP (aluminium-gallium-indium-foszfát) négylábú LED. Hatótávolsága 50 méter, gyűjtőlencsével 100 méter is lehet. A GaAs típusú LED-del ellentétben koncentrált sugárnyaláb kibocsátására is képes. Hőelvezetése jobb, és élettartama meghaladhatja a 20000 órát.[6] [10]

26. ábra - IR LED-ek [20]

5. Jel-zaj viszony Minél kisebb a megvilágítás, annál zajosabb a kép, és minél zajosabb a kép, annál rosszabb a minősége. A mértékegysége a jel-zaj viszonynak a dB (decibel – logaritmikus arány). Szintek: 20 dB – értékelhetetlen kép, 24 dB – éppen értékelhető, 40 dB – apró szemcsézettség, 50 dB – észrevehetetlen zaj, 60 dB – tiszta kép. [6]

6. Tömörítés Az analóg kamerák tömörítetlen képet továbbítanak, azonban az IP kamerák videó adatfolyamának tömörítésre van szüksége, mivel sokkal nagyobb adatmennyiséget továbbítanak, mint az analóg kamerák. Főként az internetre való feltöltés, azaz a korlátozott sávszélesség miatt fontos, hogy az IP kamera megfelelő videó tömörítési technológiával rendelkezzen. A legelső tömörítési forma az MJPEG (Motion JPEG) volt, ami a JPEG (Joint 24



Photographic Experts Group) formátumú állóképek sorozatát jelenti. Ezt követte az MPEG-4 (Moving Picture Experts Group – Mozgóképszakértők Csoportja), mely jóval nagyobb tömörítést biztosított, bár nagyobb erőforrásokat is használt. A legújabb tömörítési módszer a H.264 (MPEG-4 Part 10 vagy MPEG-4 AVC), ami a leghatékonyabb tömörítési formátum manapság, és 30-50%-al nagyobb tömörítést tud, mint az MPEG-4. A képtömörítésről részletesebben

a

http://oktel.hu/szolgaltatas/kamerarendszer/keprogzitok/a-keptomorites/

weboldalon olvashatunk. [5]

7. Tápellátás Kétféleképpen lehet megoldania tápellátást egy IP kameránál. Az egyik módszer ugyan az, mint az analóg kameráknál, külön kábelen, közvetlen táp csatlakoztatásával. A másik módszer a PoE (Power over Ethernet) szabvány használata, ami biztosítja, hogy ugyanazon az UTP kábele történjen az adatátvitel, és a tápellátás is, így nem szükséges külön videó és táp kábelt kiépíteni.

27. ábra - PoE - Power over Ethernet [21] A PoE-s tápfeladó maximális kimeneti feszültsége 40 V. Az IP kamerák igénye típustól függően 12-24 V. Hosszabb UTP kábeleken veszteségek lépnek fel, de a PoE előnye, hogy figyeli a kimenő és a bejövő feszültséget, és a kábel veszteségeihez mérten szabályozza a kimeneti feszültséget, hogy az IP kamera megkapja a megfelelő nagyságú feszültséget. Nagy áramfelvétel esetén, pl. fűtött kültéri kameráknál, vagy nagy teljesítményű speed dome

25



kamerák mozgatásánál azonban külön tápellátás szükséges. Szünetmentes tápegységgel még áramszünet esetén is működőképes maradhat az IP hálózat, és az IP kamerák. Természetesen figyelembe kell venni, hogy a kábelköltség megtakarítás kompenzálja-e a PoE árát, azaz megéri-e PoE-s tápfeladót venni, hiszen lehet, hogy a táphálózat kiépítése olcsóbban jön ki, mint a PoE-s rendszer megvétele az egész IP CCTV rendszerhez. Természetesen kevesebb kábellel, és jó minőségű rendszerrel (PoE) könnyebb és megbízhatóbb dolgozni. [5]

8. Hang Szintén két lehetőség van a hang felvételére, beépített mikrofon, vagy külsőleg csatlakoztatott mikrofon használatával. Amíg az analóg kameráknál ez csak külön kábelezéssel oldható meg, az IP kamerák ugyanazon az UTP kábelen keresztül képesek továbbítani a hangot (akár videó folyamba integrálva), mint a videó, és vezérlő jeleket. A hang- és videojel szinkronizáltan kerül továbbításra, és a hangátvitel a kommunikáció kialakításához kétirányú is lehet. [5]

28. ábra - Mikrofon [5]

9. Intelligencia Az analóg kamerák régen egyáltalán nem, manapság minimális intelligenciával rendelkeznek. Az IP kamerák intelligens szolgáltatásokkal is rendelkeznek, mint a képminőség javítás, riasztás kezelés, beépített mozgásérzékelés, és intelligens algoritmusokkal is, mint a rendszámfelismerés arcfelismerés és vevőszámlálás. [5]

10. Titkosítás Az IP kamerák esetén megoldható az átviteli út, vagy az átvitt adat titkosításával, vagy vízjelek alkalmazásával a videojel titkosítása, így a képalkotás és a képtovábbítás is biztonságos. Összességében az IP kamerák előnyei a megapixeles felbontásban, a távoli élőkép megtekintésben, vezérlésben, és az egyszerűbb, egy kábeles (kép, hang, táp) telepítésben

26



mutatkoznak meg leginkább. Ezen kívül még számtalan előnye van az IP kameráknak, melyekről korábban már olvashattunk. [5]

Objektívek Az objektívek fontos részét képzik a képalkotásnak. Az legfontosabb dolog, hogy megfelelő pontosságú és minőségű lencsét gyártsunk. Két hibát említenék meg, az egyik a szférikus aberráció, ami nyíláshiba gömbi eltérést jelent, azaz a lencse tengelyében és szélein más a fókusztávolság, így nem egy pontba futnak össze a sugarak. Ennek kiküszöbölésére a Canon cég megalkotta 1971-ben az aszférikus lencsét, amit úgy csiszoltak, hogy a lencse szélei felé haladva növelték a lencsehatároló görbületének a görbületi sugarát, így sikerült kiküszöbölni a fókuszpont eltolódást. Sajnos a magasabb ára miatt sok kameránál nem használják, és így hiába jó minőségű a kamera, ha az objektív nem biztosítja a megfelelő minőségű képet.

29. ábra - Szférikus és aszférikus lencse [7] A másik a kromatikus aberráció, ami színeltérési hibát jelent. Ez abból adódik, hogy a különböző színeknek különbözőek a hullámhosszai, és a törésmutatójuk is, így a lencse nem egy pontba fókuszálja a különböző hullámhosszúságú sugarakat. Ennek kiküszöbölésére hozták léte az IR korrigált objektíveket, melyeket úgy építettek fel, hogy különböző törésmutatójú gyűjtő és szóró lencséket illesztettek egymáshoz, aszférikus lencsetagokat és különleges lencsebevonatokat alkalmaztak, és így sikerült korrigálni ezt a hibát. Az IR korrigált objektívek sok neves objektív gyártó cég termékei közt megtalálhatóak.

27



30. ábra - IR korrigált objektív [7] A technika fejlődése során ugyan azt a minőségű objektívet kevesebb lencsével is elő tudták állítani, ami a képleképezési távolság változásával járt. Ennek megoldása érdekében hozták létre a C-mount (C) és a C Specialmount (CS) csatlakozási szabványokat.

31. ábra - C gyűrű [8] Az objektívek kiválasztásánál a három legfontosabb szempont a következő. Az első az objektív és a kamera formátumainak viszonya. A második a leképezési távolsághoz a megfelelő objektív kiválasztása. A harmadik a megfelelő fókusztávolságú objektív kiválasztása. Ezeken kívül természetesen nagyon sok tulajdonság fontos még, mint például az erre szánt összeg. [7] [8]

Az objektívek tulajdonságai 1. Fókusztávolság A fókusztávolság (f) az a pont, ahova az objektív a párhuzamos beeső fénysugarakat összegyűjti.

28



32. ábra - Fókusztávolság [7] Ez alapján lehet egy objektív normál, széles látószögű, vagy tele objektív. A fókusz alapján a fix fókuszú objektív a legegyszerűbb, 3,5 mm-től 75 mm-ig gyártják. Fókusztávolsága és látószöge nem állítható, csak az élesség beállításához szükséges fókuszállító gyűrűvel. Ilyen esetben figyelembe kell venni az objektív kiválasztásánál a megfigyelni kívánt terület nagyságát. Ha az igényeink módosulhatnak, akkor érdemesebb nem sokkal drágább variofókuszos objektívet venni, aminek alkalmazásával változtatható a fókusztávolság. A variofókuszos objektívekből kétféle létezik, az egyik az objektív palástra elhelyezett csúszó gyűrű segítségével kézzel állítható, a másik a motoros zoom objektív. A kézi állításúnak szélsőértékeit a T (tele) illetve a W (wide) feliratokkal jelölik. A két leggyakoribb varifokális objektív a 3-8 mm-es és az 5-50 mm-es. A leggyakoribb motoros fókuszú vagy motoros zoom objektív méretek 8-12 mm-nél kezdődnek. Ezek képesek 40-50 szeres optikai zoom-ra is, a speed dome kamerák is ilyen fókuszú objektívekkel vannak szerelve. [7] [8]

33. ábra - Manualíriszes variofokális objektív [8]

2. Látószög A látószög az a nyílásszög, melyen a kamera az objektíven keresztül a környezetét látja. Ez függ a fókusztávolságtól, és a képérzékelő chip méretétől. Az objektív kör alakú képet alkot, ami a széleken homályos és nem kontúros. A chip négyszög alakú képet vesz, ebből következik, hogy ennek a hasznos képtéren belül kell elhelyezkednie. Minél kisebb a

29



képérzékelő, annál kisebb a látószög. A gyújtótávolság és a látószög fordítottan arányos egymással. Ha az érzékelő chip átlómérete egyenlő az objektív fókusztávolságával, akkor normál látószögű alap objektívről beszélünk, mert ugyanazt a képet adja, mint az emberi szem perspektívája. A nagy látószögű objektív széles teret átfogó képet biztosít. A normál látószögű az emberi szemhez hasonló méretű képet ad. A teleobjektív nagy távolságban lévő tárgyról ad közeli képet. A zoom objektív látószöge manuálisan vagy motorosan változtatható, az előző három típus között. A chipek méretét illetően az első típusok mérete 1” és 2/3” (csöves kamerákban) volt. Ma már kapható 1”, 2/3”, 1/2”, 1/3”, 1/4” és 1/8”-os méretű szenzor is, amire a kamerák méretének a csökkenése miatt volt igény. Két féle chip méret terjedt el, az 1/3”-os, és az 1/2”os. Ezek közül az 1/3”-os formátumú kamera a leggyakrabban használt, 8 mm-es fókusztávolsággal. [7] 1. táblázat - Elterjedt chipek látószögei [7] 1/3”-os formátum

1/2”-os formátum

Fókusztávolság Látószög

Fókusztávolság Látószög

Szuperszéles látószög

2,8 mm

90°

3,5 mm

85°

Széles látószög

4 mm

64°

6 mm

56°

Normál látószög

8 mm

35°

12 mm

30°

látószög 3,3-8 mm

85-34°

8-48 mm

44-8°

látószög 5-50 mm

45-7°

Változtatható (zoom) Változtatható (zoom)

3. Írisz

34. ábra - Blende [7]

30



Az írisz más néven rekesz, vagy blende az a szerkezet, ami az objektívekbe van építve és a feladata az, hogy szabályozza az érzékelőre jutó fény mennyiségét. Több félkör alakú fém vagy műanyag lemezből áll, a lamellák számától függően kör vagy sokszög alakú. A rekesz (F) szabványos egész érték (F1; F1,4; F2; F2,8; F4; F5,6; F8; F11; F16; F22; F32; F45; F64). Ma már közöttük lévő értékeket is felvehetnek a blendék. Az F-stop szám az a legnagyobb és legkisebb érték, ami a lencsénél még megengedett. F-stop = fókusztávolság (f) / blende átmérője (A). A leggyakrabban használt F stop érték az 1,2. Fontos feladata még az írisznek a mélységélesség meghatározása. A fix íriszes objektívek beltéri használatra vannak tervezve, mivel a bejutó fény mértéke nem szabályozható, hanem állandó. A manuális, vagy kézi íriszes objektívek állandó fényviszonyokat biztosító környezethez vannak tervezve, itt már állítható a rekesznyílás mérete, azonban ez csak kézzel igazítható, az adott fényviszonyhoz.

35. ábra - Fix írisz [8] A vezérelt DC autoíriszes objektívek szervo motort tartalmaznak, és képesek alkalmazkodni a változó fényviszonyokhoz. Egy úgynevezett „P” csatlakozó biztosítja a kamerával az összeköttetést, ezen keresztül kapja az objektív a DC vezérlést. A video autoíriszes objektívek abban különböznek a DC autoíriszes optikától, hogy az objektív oldalán két potenciométer található, a „LEVEL” feliratú potenciaméterrel a motorvezérlő áramkör vezérlőfeszültségét lehet állítani, az „ALC” feliratú potméterrel pedig azt lehet beállítani, hogy a rekesz a videojel átlagértékéhez, vagy a csúcs értékéhez igazodjon. [7] [8]

36. ábra - DC autoíriszes variofokális optika [8]

31



4. Mélységélesség A mélységélesség az a távolságtartomány, amelyen belül a legközelebbi és a legtávolabbi tárgy is éles. Ez abból adódik, hogy a tökéletes élességtől 1/3-al közelebbi tárgy, és 2/3-al távolabbi tárgy is még éles lesz a szemünknek, az emberi szem korlátozott felbontóképessége miatt. Ilyenkor a tárgy képének szóródási köre kicsi. A mélységélesség függ az objektív rekesznyílásától, a tárgytávolságtól, és a fókusztávolságtól, azaz ha kicsi a fókusztávolság, nagy a tárgytávolság, és kicsi a rekesznyílás, akkor nagy mélységélességű képet kapunk. [7] [8]

37. ábra - Mélységélesség [8]

Törvényi szabályozás Mindezek mellett nem szabad figyelmen kívül hagyni, hogy van-e jogosultságunk megfigyelni az adott területet, ugyanis törvény szabályozza a személyes adatok védelmét, munkahelyen, közterületen, társasházban, és magánterületen is. Az alaptörvény IV cikkelyének értelmében: (1) Mindenkinek joga van ahhoz, hogy magán- és családi életét, otthonát, kapcsolattartását és jó hírnevét tiszteletben tartsák. (2) Mindenkinek joga van személyes adatai védelméhez, valamint a közérdekű adatok megismeréséhez és terjesztéséhez. (3) A személyes adatok védelméhez és a közérdekű adatok megismeréséhez való jog érvényesülését sarkalatos törvénnyel létrehozott, független hatóság ellenőrzi. A törvényi szabályozásról részletesebben a http://oktel.hu/szolgaltatas/kamerarendszer/akameras-megfigyeles-jogi-szabalyozasa/ weboldalon olvashatunk. [9]

32



II. A kereskedelmi forgalomban kapható IP kamerák Kamera típusok Az alábbiakban a kamerák típusait alak szerint fogom csoportosítani, de az alak formája természetesen kihatással van a kamera funkcióira is. Az alábbi kamera kialakítások közösen jellemzőek az analóg, és az IP kamerákra is. [10]

Panelkamera

38. ábra - Panel kamera [10] Ahogy a nevéből is ered, a kamera lényegében egy panelből áll, és tartalmaz még egy mini objektívet. Az objektívek cserélhetőek. Maga a panel tartalmazza a kamera szükséges elektronikáját. A tápfeszültsége 12 V egyenfeszültség (DC). Manapság már csak színes képű kivitelben kaphatóak, és léteznek infra LED-del szerelt egyedek is, amik az éjszakai felvételhez szükségesek. Általában magát a panelt lehet megvásárolni, burkolat nélkül, de sok burkolatot tartalmazó „mini kamera” is elérhető a piacon. Felhasználása egyszerű alkalmazásoknál terjedt el, praktikus lehet, ha szűk helyre kell kamerát felszerelnünk. Műszaki paraméterei nem túl kiemelkedőek, de szép képet tud adni a maga nemében, és az alacsony ár is előnyére szolgál. [10]

Az első kamerarendszerem Személy szerint az első CCTV kamerarendszeremet négy darab mini analóg panel kamerából készítettem, amik a családi házunk udvarát figyelték meg. Egy USB-s mini DVR digitalizálásával, és számítógépes szoftverrel rögzítettem JPEG képek sorozatát. A tápellátást közvetlen hálózatról kapta. A négyből két kamera egy síkban (vízszintesen) mozgatható volt egy saját készítésű forgózsámolyra szerelve.

33



39. ábra - Panel kamerák és egy USB-s DVR Irányítani a vezérlő központból lehetett, ami a vezérlő egységből, egy számítógépből, a digitalizálóból, egy számítógépes monitorból, és egy TV-ből állt. A vezérlő egység kapcsolókat tartalmazott a forgatandó kamera kiválasztásához, és két gombot, amivel a kamerát lehetett forgatni jobbra, vagy balra.

40. ábra - Vezérlő egység Mivel hangot szintén vettek a kamerák, így a vezérléssel, képpel és hanggal összesen 6 eres kábeleket alkalmaztam, és RCA csatlakozásokat. Azóta már IP kamerarendszerre álltam át.

41. ábra - Panel kamera PTZ forgatással

34



42. ábra - Panel kamera PTZ forgatással

Csőkamera

43. ábra - Csőkamera [10] A nevét alakja után kapta, mivel jellegzetes csőszerű a kamera kialakítása. Az alapja egy panel kamera, csak más a formai kialakítása. Paraméterei (pl. DC 12 V) többnyire megegyeznek a panel kamerákéval, eltérés a kialakításban van, illetve hogy a kamera kültéri és beltéri kivitelben is kapható. Általában fix objektívekkel szerelik, pinhole (tűhegy) optikával, de előfordulhatnak varifokális, és magas képfelbontású egyedek is. Jellemző felhasználás kisebb üzletekben és áruházakban. Felszerelésükhöz mini konzol (a kamera tartozéka) szükséges. [10]

Kompakt kamera

44. ábra - Kompakt kamera [10]

35



A név szintén utal a kialakításra, mivel a kamera egy zárt egységbe integrálva tartalmazza a kamerát, az objektívet, típustól függően az infra LED-eket, a kamera konzolját (vagy a csomagolás tartalmazza), és kábelek kivezetése is rejtett tud maradni falon belüli elvezetés esetén (esztétikusabb, és biztonságosabb is). Mivel a ház gyakran hengeres, mint a cső kameráké, ezért hasonlóan néznek ki. Kialakítása jellemzően fémből van, ami magas védettséget6 nyújt külterületen is. Általában -10 C° és +50 C° között működőképesek. Tápellátásuk lehet 12 V DC, 24 V AC (váltófeszültség), vagy akár 230 V AC is. [10]

Infra LED-es kompakt kamera

45. ábra - Infra LED-es kompakt kamera [10] Az ipari box kamerák után az egyik legnépszerűbb, és leggyakrabban alkalmazott kameratípus, kompaktsága, minősége, és az alsó árkategóriában is elérhető típusok ára miatt. Ugyanaz, mint az előbb bemutatott kompakt kamera, azzal a különbséggel, hogy az objektív körül infravörös sugárzást kibocsátó LED-ekkel van felszerelve. Azért IR LED-ekkel, mert az infra hullám emberi szemmel nem látható, így sötétben is sötét marad a környezet, de mégis lát a kamera. Teljes sötétségben is a LED-ek paramétereiktől függően (méret, darabszám, teljesítmény, fajta) tudnak kisebb-nagyobb területet bevilágítani (1, 2,…100 méter is lehet). A beépített objektívek lehetnek fix vagy autoíriszesek, illetve lehetnek fix vagy variofókuszosak is.

46. ábra - Infra LED [10] 6

IP66-os vagy IP67-es védettség: szabványok az egyszerű berendezéseket védő tokozásokra.

36



Az alsó árkategóriás infra LED-es kompakt kameráknak több hátránya is ismert. A kamera kompakt, és egyik része sem cserélhető, így a kamerát csak egyben lehet cserélni meghibásodás esetén. A GaAS alapanyagú infra LED-ek élettartama 6-8000 óra, ami akár 2 évnél rövidebbre is csökkentheti a kamera élettartamát. Ha a gyártó kispórolja az alkonykapcsolót a kamerából, akkor a LED-ek idő előtt ki fognak égni az állandó üzemeltetés miatt. Ha a LED-ek sugárzási szöge kicsi, akkor az éjszakai kép látótere le fog szűkülni, és a kép szélei nem lesznek láthatóak, csak a kép közepén megvilágított kör alakú rész. Mivel a zöld növényzet a fokozott fotoszintézisre alapozott sejtfelépítés miatt erősen visszaveri az infra sugarakat, ezért az itt mozgó személy nehezen vehető észre. Ha az infravörös sugarak hullámhossza alacsonyabb, mint a megfelelő, akkor vörös fénypontok fogják jelezni az idegenek számára a kamera hatósugarát. Amellett hogy megnő a kamera fogyasztása, egy hátránya van még a nem minőségi infra LED-eknek. Hirtelen fényváltozás esetén (autó, zseblámpa, visszaverődés) nem tud elég gyorsan átállni a kamera, a kép kifehéredik, és akár 1-2 másodpercig csak fehér kép látható, amíg át nem vált a nappali üzemmódba. Ez a jelenség visszafelé is igaz, hirtelen sötétség esetén a kép rövid időre elsötétedhet. Ezek a problémák a közép- és felső árkategóriás kameráknál már kevésbé jelentkeznek, köszönhetően a magasabb műszaki színvonalnak, és a sokrétű beállítási lehetőségeknek. Képesek a kamerák az infra LED-ek intenzitását szabályozni, hogy a közeledő személyek is jól kivehetők legyenek (kevesebb infra sugárzást verjenek vissza), emellett az infra szűrőt cserélő technológiák (OSD, VDR) is sokat jelentenek a képminőség javulásában, a magas képfelbontással együtt.[10]

Fix dome kamera

47. ábra - Infra LED-es fix dome kamera [10] A formájáról kapta a nevét, mivel a formája egy félgömb kupolához hasonlít, ami angolul a „dome” (dóm) szó. Régen az állandó megvilágítás miatt csak beltéri használatra javasolták, manapság azonban már inkább csak az esztétikusabb kialakítás (több méretben és színben 37



kapható: átlátszó, füst, tükrös, aranyos tükrös, bronz, króm), és a nehezebb tönkretehetőség miatt szerelik bentre. Kintre ugyanúgy tehető, mint bármelyik másik kültéri kamera. A „vandál biztos” kivitel búrája ütésálló műanyagból készül, és a fém rész erős alumíniumból, vagy acélból. Természetesen kellően erős behatással ez is tönkretehető, csak több idő szükséges hozzá, így a kamerának van ideje lefilmezni a támadóját. Ha sötét burával szerelik fel, akkor nem lehet látni, hogy a kamera melyik területet figyeli. Ez nem azt jelenti, hogy a hagyományos dome kamerák mozgatható kamerák, hanem azt, hogy előre fixen beállíthatóak, hogy melyik területet figyeljék. Alacsony árkategória esetén belsejük egyszerű panelkamera is lehet, magasabb árkategóriában megegyezik egy box kamera belsejével, illetve dome és box kivitelben is megvásárolható ugyanazon paraméterű kamera. [10]

Ipari (box) kamera

48. ábra - Boksz kamera [10] Alakja jellegzetes téglatest alakú, innen kapta az angol „box” elnevezést is. A leggyakrabban használt, legnagyobb választékkal, és legszélesebb körben felhasználható kameratípus. Alapvetően beltéri kamera, de a kültéri használat is megoldható megfelelő kameraház, konzol, és fűtés használatával, ugyanis az objektív üzemi hőmérséklete nem lehet kevesebb, mint -10 °C. A fűtéshez gyakran a 230 V AC feszültséget kell biztosítani, ugyanis a 12 V DC vagy 24 V AC teljesítménye csak a box kamerához elegendő. Még ezek mellett a feltételek mellett is ez a leggyakrabban használt kameratípus kültérre. Paraméterei megegyeznek a kompakt kamerák paramétereivel, de az objektívek cserélhető funkciójúak. Éjjel-nappali típusai, és szoftveres vagy mechanikus verziói egyaránt elérhetőek a piacon. [10]

38



PTZ kamera

49. ábra - PTZ kamera [10] A PTZ a Pan - Tilt - Zoom szavak kezdőbetűiből ered, ami magyarosítva ezt takarja: Vízszintes - Függőleges - Közelíthető. Ez a gyűjtőneve azoknak a kameráknak, melyek két irányba mozgathatóak, és zoom-olásra is képesek. Ezeket vezérlőpultból lehet irányítani, mint például a speed dome kamerákat, vagy a forgászsámolyra szerelt box kamerákat, vagy a sín kamerákat. [10]

Speed dome kamera

50. ábra - Speed dome kamera [10] A dome kamerák továbbfejlesztett változatai, képesek 360°-ban körbefordulni, és függőlegesen 90°-ban billenni. Maximális forgási sebességük 600°/másodperc, a minimális pedig 0,05°/másodperc. Az optikai zoom akár 40-szeres is lehet, ami 2-300 méter zoom-olást jelent körülbelül 2 másodperc alatt. Egyéb paraméterei megegyeznek a klasszikus dome kamerákéval (kültéri és beltéri kivitel, több búra szín, mennyezeten, oldalfalon, oszlopon is elhelyezhető, 12 V DC, 24 V AC vagy 230 V AC változatúak lehetnek). Funkciói közé tartozik a maszkolás, ami azért fontos, hogy illetéktelen területeket ne vegyen a kamera a 360°-os forgás közben, így ezek a területek kitakarásra kerülnek. Az Auto Pan funkció segítségével, ha a kamera maga alatt átfordul 180°-ban, a kép automatikusan megfordul, hogy 39



ne fejjel lefelé legyen. Beprogramozott úton a kamerák önállóan tudnak pásztázni, vagy távolról

egy

joystick-kal

ellátott

vezérlőpulton

keresztül

irányíthatóak,

tartósan

megfigyelhetőek adott területek, és manuálisan ráközelíthetőek. A felső árkategóriás speed dome kamerák rendelkeznek intelligens video analízis funkcióval, így képesek követni mozgó objektumokat (személyeket, gépjárműveket). A riasztás bemeneten kapott jelzés hatására képesek a riasztott területre azonnal odafordulni és ráközelíteni, függetlenül az aktuális pozíciótól. Ezen funkciók segítségével a speed dome kamerák képesek több fix kamerát kiváltani, és kifejezetten előnyös az alkalmazásuk a térfigyelésre. [10]

51. ábra - Samsung vezérlő [10]

Speciális kamerák a) Sín kamera A sínkamera a mennyezetre szerelt csőszerkezetű sínpályán több speed dome kamerát tartalmaz, így mozgatásuk megoldható minden irányba, és ugyanolyan előnyökkel rendelkezik, mint a speed dome kamera. A célszemélyek követése megoldható, és a tárgyak miatt létrejött holtterek kiküszöbölése sem probléma. [10]

b) Ajtókamera

52. ábra - Ajtó kamera [10] Olyan csőkamera, ami az ajtó kémlelőnyílásába szerelhető be, így nem kell az ajtóhoz sétálnunk, ha meg akarjuk nézni, hogy ki van az ajtó előtt. [10]

40



c) Rejtett kamera

53. ábra - Rejtett kamera [10] Az alapjuk egy panelkamera, ami füstérzékelő, vagy PIR (Passive Infra Red) mozgásérzékelő burkolatába van építve. Alapvetően bármilyen álcába lehet kamerát tenni, amitől így a kamera rejtett lesz. Tápigényük 12 V DC. Képminőségük nem túl jó. Jól használhatók diszkrét megfigyelésre, de itt meg kell említenem újra, hogy a (rejtett) kamerák használatát törvény szabályozza! [10]

41



III. Az IP kamera megvalósítása Az alap elképzelés A szakdolgozatom célja egy olyan eszköz, amihez USB porton keresztül webkamerát tudunk csatlakoztatni, és ennek a képét az interneten egy weblapon el tudjuk érni. A weblapot felhasználónév és jelszó kell hogy védje. A kamerát motor segítségével lehet forgatni, amit a weblapról lehet irányítani. A forgatási funkciók: jobbra, balra, „járőrözés”. A jobbra és balra funkcióknál a motor 1 másodpercig üzemel, majd automatikusan megáll. A „járőrözés” funkciónál a kamera egy adott útvonalat jár be, a helységben körültekintve. A motor mellett egy mozgásérzékelő érzékeli a mozgásokat, és ha ez a funkció aktiválva van, a kamera automatikusan körbejár egy adott útvonalat.

Tervezés A webkamera kiválasztása Az elsődleges szempont az volt, hogy a webkamera UVC (USB Video Class) kompatibilis eszköz legyen. A felbontás pillanatnyilag kevésbé fontos, de ha jó minőségű a kamera, akkor legfeljebb lefelé ronthatja a stream-elés a képminőséget. Ezen a linken és még sok helyen elérhető az UVC kompatibilis webkamerák listája: http://www.ideasonboard.org/uvc/ A választás végül egy Creative Live! Cam Sync webkamerára esett. A technikai adatok az alábbi táblázatban láthatóak. [22] 2. táblázat - Creative Live! Cam Sync technikai adatai [22] Max. felbontás:

1280×720 progresszív

Szenzor:

1 Megapixel

Max. kép/másodperc

30 fps

Lencse fókusza:

fix

USB kompatibilitás

USB Video Class (UVC)

42



54. ábra - Creative Live! Cam Sync [22]

Az eszköz kiválasztása Maga az eszköz, amit választottam, egy Arduino. Az Európában kapható verzió a Genuino névre hallgat, azonban a könnyebbség miatt én továbbra is Arduino néven fogom emlegetni. Ez alapvetően két részből épül fel. Az egyik az alappanel, egy Arduino UNO Rev3, a másik pedig egy kiegészítő panel, egy Arduino Yún Shield. Az alappanel sok féle lehet, attól függően, hogy hogyan képes kommunikálni a kiegészítő panellel.

55. ábra - Arduino Yún Shield kompatibilitása alappanelekkel [23] Én az UNO Rev3-at választottam, mert árban ez a legkedvezőbb, és nincs feltétlen szükségem azokra a funkciókra, amivel ez a panel kevesebbet tud, mint például az USB programozás, vagy a soros USB konzol. [23] A projekt megvalósítható egy másik eszközzel is, ami az Arduino Yún névre hallgat. Ez a panel egyben tartalmaz mikrovezérlőt, és processzort is a Linux számára, illetve Ethernet, WIFI, USB és USB programozó csatlakozásokat is. Az ára valamennyivel magasabb, mint az általam kiválasztott két részegységnek, és nem igazán lehet vele tovább fejlődni, de alkalmas lehet egy specifikus feladat megoldására. [24]

43



56. ábra - Arduino Yún [24]

Arduino UNO Rev3

57. ábra - Arduino UNO Rev3 [25] Az UNO alappanel 5 V-os logikai feszültséget használ, tartalmaz egy mikrovezérlőt (ATmega328P), egy USB 2.0 B típusú aljzatot, egy táp csatlakozót, és egy RESET gombot. A mikrovezérlő összeköttetésben áll a digitális és analóg pin-ekkel (lábakkal). A rendszer 8 bites, 16 MHz-es órajele van, és AVR programozót használ. [25]

44



3. táblázat - Arduino UNO Rev3 technikai adatok [25] Mikrovezérlő

ATmega328P

Logikai feszültéség

5V

Bemeneti feszültség (javasolt)

7-12 V

Bemeneti feszültség (max)

6-20 V

Digitális I/O lábak

14 (ebből 6 lehet PWM kimenet)

PWM Digitális I/O lábak

6

Analóg bemeneti lábak

6

DC áramerősség I/O lábanként

20 mA

DC áramerősség a 3.3 V-os lábon

50 mA

Flash memória

32 KB (ATmega328P) – ebből 0,5 KB-ot használ a Bootloader

SRAM

2 KB (ATmega328P)

EEPROM

1 KB (ATmega328P)

Órajel

16 MHz

LED_BUILTIN – beépítet LED

13-as

Szélessége

68.6 mm

Mélysége

53.4 mm

Súlya

25 g

58. ábra - Arduino UNO Rev3 lábkiosztás [26]

45



Arduino Yún Shield

59. ábra - Arduino Yún Shield [23] A Shield (kiegészítő panel) egyfajta kibővítése az alappanelnek. Tartalmaz egy Atheros 9331es processzort, amin Linux fut, LAN csatlakozást (RJ-45-ös aljzat), WIFI-t, és egy A típusú USB aljzatot. A panel szintén 5 V-os logikai feszültséget használ, de a Linux mikroprocesszor számára a 3,3 V biztosított. 4. táblázat - Arduino Yún Shield Linux mikroprocesszor technikai adatai [23] Processzor

Atheros AR9331

Architektúra

MIPS @400MHz

Üzemi feszültség

3.3V

Ethernet

IEEE 802.3 10/100Mbit/s

WIFI

IEEE 802.11b/g/n

USB A típusú csatlakozó

2.0 Host

RAM

64 MB DDR2

Flash Memória

16 MB

Interfészek

SPI és HW Serial

46



60. ábra - Arduino Yún Shield részei [23] A LED-ek jelentése: -

ON (zöld): a Shield áram alatt van

-

WLAN (kék): vezeték nélküli hálózathoz csatlakozva

-

WAN (piros): vezetékes hálózathoz csatlakozva

-

SYS (fehér): a rendszer aktivitását jelzi

-

USER (piros): a híd kapcsolat aktív

A két egység egymástól függetlenül is tud működni. Ha csak a webkamera képét szeretnénk megtekinteni interneten, akkor elegendő a Yún Shield-et alkalmazni. Azonban ha forgatni is szeretnénk a kamerát, akkor szükség van az alappanelre is, az Arduino UNO-ra. A két eszköz egy híd (bridge) kapcsolaton keresztül tud egymással kommunikálni. Erről, és a bridge programról részletesebben később írok. [23]

A forgatás kivitelezése A motor lehet léptető motor, hogy tudjon lassan forogni, de én egy sima motort használtam, ami egy meglévő fogaskerekes mechanizmuson keresztül éri el a lassú forgást. A kétirányú vezérléshez egy H-hidat építettem, a mozgásérzékeléshez pedig egy meglévő áramkört használtam, amit összekapcsoltam a saját rendszeremmel. A forgató mechanizmust, és a mozgásérzékelő áramkörét egy egyszerű álkamerából használtam fel.

61. ábra - Álkamera [11] 47



Blokk-diagramm

62. ábra - Blokk-diagramm A blokk-diagrammon külön van jelölve, de valójában a DC motor tetejére van szerelve a webkamera. A számítógép csak a programozás idejére kell.

Kivitelezés A Yún Shield beállítása Alap beállítások Az 5 V-os tápfeszültséget egy USB-s adapter biztosítja a Shield számára, majd a rendszer betölt. A boot-olás után az Arduino saját WIFI hálózatára kell kapcsolódni aminek ArduinoYún-XXXXXXXXXXXX a neve. Egy böngésző segítségével a http://arduino.local címen lehet elérni a Shield beállításait, vagy a 192.168.240.1-es IP címen. A beállításokban a Shield-et mint egy AP-ot (AccesPoint) lehet beállítani. Ez azt jelenti, hogy a saját hálózati adataink megadásával a Shield rákapcsolódik a hálózatra, úgy mint egy alap eszköz. Így elegendő a saját hálózatunkra kapcsolódni, amin keresztül el tudjuk érni a Shield-et is. Ugyanitt, a beállításoknál állítottam be a jelszót is, amit a kapcsolódásnál fog kérni a rendszer. Miután a Linux újraindult, új IP címet kapott az eszköz, amit a router osztott ki számára, ugyanúgy mint bármelyik eszköznek, ami a routerhez csatlakozik. Az új IP cím a 192.268.0.16 lett. [27]

48



63. ábra - Hálózati beállítások

További beállítások A Linux eléréséhez terminálon keresztül kellett csatlakozni a Shield-hez, a következő képpen: ssh [email protected] Ez a parancs rácsatlakozik az Arduio Linux felületére, majd jelszót kér, amit az alap beállításoknál adtam meg. Utána ezt láthatjuk:

64. ábra - Terminál Illesztőprogramok Ezeket az illesztőprogramokat kellett telepítenem: opkg update – frissíti a rendszer verzióját, ha nem elég friss opkg install kmod-video-uvc – telepíti az UVC driverét, hogy a Linux felismerje a webkamerát opkg install mjpg-streamer – telepíti a mjpg streamert, ami a webkamera képét stream-eli az internetre [28] 49



Stream-elés A telepítések elkészültek, ezután egy rövid paranccsal el is indult a stream-elés: mjpg_streamer -i "input_uvc.so -d /dev/video0 -r 640x480 -f 25" -o "output_http.so -p 8080 – c admin:admin -w /www/webcam" & Jelentések: -i input, bemenetet jelent, az uvc.so UVC drivert használja -d device, eszköz, a video0 maga a webkamera -r resolution, felbontás, 640×480-as -f frame, a képek száma másodpercenként, 25 fps -o output, kimenet, http.so, HTTP protokollt használ -p port, a port száma, ahol elérhető a kép 8080 -c felhasználónév és jelszó -w a weblap elérési útvonala Ezt futtatva az alábbi visszajelzést kaptam:

65. ábra - A stream-elés visszajelzése Mivel nem volt hibaüzenet, a stream-elés elindult, amit helyi hálózaton a következő linken lehetett megtekinteni: http://arduino.local:8080/?action=stream Ha a stream helyére snapshot-ot írnék, akkor nem egy videó adatfolyamot kapnék, hanem csak egy képet. [29] 50



Ennek az elérésnek pillanatnyilag két hibája van: 1. nem szeretném mindig odaírni, hogy /?action=stream 2. a webkameránk képe csak helyi hálózatról érhető el A weblap cím Az első probléma orvoslására a Linux www nevezetű mappájában létre hoztam egy új mappát az alábbi paranccsal: mkdir webcam Ezután egy index.html7 fájlt helyeztem el a www/webcam mappába, melynek a tartalma a következő: IP Kamera //a fejléc címének megadása //a stream-elés indítása A fájlok másolása terminálon keresztül a következő képpen történik: scp index.html [email protected]:/www/webcam/ Ez a parancs a számítógépen a helyi mappában lévő index.html fájlt a Linux www/webcam mappájába másolja. Ha esetleg lenne ott ugyanilyen fájl, akkor azt kérdezés nélkül felülírja. Visszafelé az alábbi paranccsal lehet fájlt másolni a számítógép helyi könyvtárába: scp [email protected]:/www/webcam/index.html . A Linux www/webcam mappájából az index.html fájlt a számítógép helyi könyvtárába másolja. Erre a . (pont) parancs utal. Ezt a HTML fájlt nyitja meg a http://arduino.local:8080, és a fájlban leírva indul el a streamelés. Ez most még csak egy egyszerű weblap, később egy kicsit szebb lesz. 7

HTML: HyperText Markup Language - weboldalak készítéséhez használt leíró nyelv

51



Külső elérés A második problémát úgy orvosoltam, hogy az Arduino helyi IP címét, a 192.168.0.16-ot (ami elérhető belsőleg az arduino.local címen) a routeremen keresztül forwarding-oltam (porttovábbítás), azaz kiküldtem a 8080-as porton.

66. ábra - Porttovábbítás

Tehát a külső IP címen, és a 8080-as porton keresztül elérhető az Arduino. Mivel a külső IP cím hosszú, és nehéz megjegyezni, ezért dinamikus DNS-t használtam fel, a dyndns.hu segítségével. Így a végső elérhetősége a kamerának a http://simonjordan.dyndns.hu:8080.

67. ábra - Dinamikus DNS Ez a cím a világ bármely pontjáról elérhető, ahol van internet.

52



Az Arduino Yún Shield összekapcsolása az Arduino UNO-val Az alappanelt USB soros porton keresztül lehet programozni, viszont a Yún Shield-et ráültetve ez már nem lehetséges. Az alappanelen lévő 16U2 chipet magas állapotba helyeztem egy jumper segítségével, így folyamatosan reset módban kezdett el működni.

68. ábra - Arduino UNO reset mód [27] Az eszközök a lábakon keresztül csatlakoznak és kommunikálnak egymással, azokat buszként használva. Az összes láb és kivezetés (digitális, analóg, VCC és GND) összekapcsolódik. Ezeken kívül az ATmega328P ICSP (In-Circuit Serial Programming) csatlakozója is kapcsolódik a Shield-hez, amin keresztül működik az AVR programozó. A lábak: MOSI, MISO, SCK, RESET, VCC, GND.

69. ábra - Arduino blokk-diagramm [27]

53



A kommunikációhoz szükséges a bridge – híd kialakítása, amit a mikrovezérlőbe kell feltölteni. A feladata, hogy figyelje a Linuxtól érkező jeleket, és ezáltal irányítsa a portokat, majd a portoktól és az Arduinótól az információkat visszajuttassa a Linuxhoz. A bridge fájl tartalmáról később írok.

70. ábra - Arduinók összekötve Mivel az Arduino UNO nem támogatja egyszerre a Shield-el való kommunikációt, és az alappanel programozását, így amíg a bridge fájlt feltöltöttem az UNO-ra, addig a két eszközt szét kellett választani, és a reset-elő jumper-t el kellett távolítani. [27]

A motorvezérlés A motor egy egyszerű 3 V-os DC motor, ami fogaskerekekhez csatlakozik, így csökkentve a forgás sebességét.

71. ábra - A forgató mechanizmus 54



72. ábra - H-híd [30] Mivel a motort két irányba kell forgatni, így egy egyszerű H-hidat építettem hozzá, aminek két vezérlő jele van. Ezeket az Arduino szolgáltatja. Ha az „A” kap magas jelet, akkor az egyik irányba, ha pedig a „B” kap magas jelet, akkor a másik irányba fog forogni a motor.

Az alkatrészek A motor A DC motor adott volt. Mivel nem álltak rendelkezésre róla katalógusadatok, ezért két feszültség szinten is kimértem az áramerősséget, majd kiszámoltam a teljesítményt. Mérés közben lefogtam a forgó részt, hogy valóban megtudja mérni a legnagyobb áramfelvételét a motornak, mivel az ilyenkor a legnagyobb. 5. táblázat - A DC motor mért adatai Mérés sorszáma:

1.

2.

Feszültség:

3,3 V

5V

Áramerősség:

98 mA

91 mA

Teljesítmény:

3,3 ∗ 0,098 = 323 𝑚𝑊

5 ∗ 0,198 = 455 𝑚𝑊

A motor teljesítmény felvétele mind a két feszültség szinten megfelel a tranzisztorok maximális kollektor áramának, ugyanis a névleges terhelhetőségen belül marad. A számítások a tranzisztornál láthatóak.

55



Tranzisztorok A tranzisztorok egyszerű BC548C típusú kapcsoló tranzisztorok. Az emitter és a kollektor feszültsége 30 V, és 100 mA folyhat át rajta, ami elegendő, tehát nincs szükség nagyobbra.

73. ábra - Tranzisztor [31] A tranzisztor disszipációja (3,3 V esetén): 𝑃0 = 𝐼2 ∗ 𝑉24 = 0,098 ∗ 0,2 = 20 𝑚𝑊 A tranzisztor disszipációja (5 V esetén): 𝑃0 = 𝐼2 ∗ 𝑉24 = 0,091 ∗ 0,2 = 18 𝑚𝑊 𝐼2 a motor felvett árama, 𝑉24 = 𝑘𝑏. 0,2 𝑉, 𝑃0 mindkét esetben a névleges értéken belül marad. A maximális adatok:

74. ábra - Tranzisztor adatok [31] Az alldatasheet.com-on megtekinthetőek a részletes adatai a tranzisztornak, és a diódának is. Diódák A diódák 1N4148 típusú nagy sebességű diódák.

75. ábra - Dióda [32]

56



Az minimum és maximum adatok:

76. ábra - Dióda adatok [32] Ellenállások Az ellenállások értékeit a következők szerint számoltam ki. Az Arduino a portjain 5 V-ot és 40 mA-t ad le. A tranzisztorok 0,7 V-ot használnak fel. Egy port két tranzisztort vezérel, így a bázisáramnak 20 mA-nek kell lennie. Az ellenállások értékének kiszámítása: 𝑅=

5 − 0,7 4,3 = = 215 𝑂ℎ𝑚 0,02 0,02

Az ellenállás teljesítménye: 𝑃 = 4,3 ∗ 0,02 = 0,086 𝑊 Mivel a 215 Ohm-os ellenállás nincs, hozzá legközelebb a 220 Ohm-os áll, így ezt használtam.

H-híd

77. ábra - Saját H-híd 57



Összeforrasztottam a H-hidat, összekötöttem a motorral, a tápfeszültséget pedig ugyanaz a táp szolgáltatja mint az Arduino-ét. A tranzisztorok vezérlő jeleit az Arduino digitális portjai közül a 8-as és a 9-es adja ki.

Mozgásérzékelő vezérlő: A felhasznált álkamera eredetileg tartalmaz egy mozgásérzékelőt, ami egy LED-et villogtat ha mozgást érzékel, és a motort forgatja 25 másodpercig. A mozgásérzékelő és a motor vezérléséhez egy kis panel (SL2812) tartalmazza a néhány tranzisztorból, kondenzátorból és ellenállásból álló kapcsolást. Az IC, egy epoxy gyantával bevont alkatrész (HR67A).

78. ábra - Mozgásérzékelő vezérlő A motort már az Arduino forgatja, azonban a mozgásérzékelő motor felé küldött jelét az Arduino analóg A0-ás bemenetére kötöttem be. Amikor a mozgásérzékelő érzékel, egy jelet ad ki 25 másodpercig. A program figyeli és érzékeli az A0-ás bemenet 3 V-os feszültség változását, és elindít egy folyamatot a motor forgatására. Ezt láthatjuk nemsokára a programban is.

Tápellátás A tápellátás 5 Voltos és 1 Amperes. A teljesítménye: 𝑃 = 5 ∗ 1 = 5𝑊 Ebbe bőven belefér az összes rákötött eszköznek az üzemelése.

58



NYÁK tervezés Az áramkört megterveztem az Eagle Express NYÁK8 tervezőben gyártásra alkalmasra. Elsőként az alkatrészeket szedtem össze, a TME Elektronikai webáruházból. Az adatok alapján elkészítettem az alkatrész listát (BOM – Bill Of Material). Mivel az alkatrészekből minimum rendelési mennyiség van, így legalább annyit kellett belőlük vásárolni. 6. táblázat - H-híd alkatrész lista Név

Típus

Tokozás

Érték

Darab

Bolt

Dióda

1N4148

DO35-10

-

4

TME

NPN Tranzisztor

BC548C

TO92-EBC

-

4

TME

Ellenállás

MOR01SJ0221A10

0207/10

Ohm

4

ZL262-2SG

-

-

3

Gyártó

Darabár

Minimum

Összár

4,76 Ft

30 db

142,80 Ft

SEMICONDUCTOR

6,01 Ft

25 db

150,25 Ft

TME

ROYAL OHM

9,64 Ft

20 db

192,80 Ft

TME

NINIGI

18,72 Ft

10 db

187,20 Ft

Összesen:

673,05 Ft

BIOTEC SEMICONDUCTOR BIOTEC

220

Csatlakozó aljzat (2 pin)

Ezután a kapcsolási rajz elkészítéséhez kikerestem az alkatrészeket a programban, majd miután mindent felpakoltam, összekötöttem őket. Elkészítettem a különböző feliratokat, és beállítottam az értékeket.

79. ábra - Kapcsolási rajz 8

NYÁK: Nyomtatott ÁramKör - PWB (Printed Circuit Board)

59



Ezt a rajzot vittem át a NYÁK tervezőbe, pozícionáltam az alkatrészeket, majd az Autoroutert (automatikus huzalozót) használtam. Miután ez elkészült, elhelyeztem a NYÁK-on a feliratokat. A hely kihasználása miatt a csatlakozók feliratozását alulra helyeztem el. Külön készítettem képet az alsó (BOTTOM) és a felső (TOP) rétegről, és a két rétegről együtt is.

80. ábra - TOP réteg

81. ábra - BOTTOM réteg

82. ábra - NYÁK terv

60



Ezután néhány ellenőrzést futtattam le, mint az ERC (Electrical Rule Check – Elektronikai Szabály Ellenőrző), és a DRC (Design Rule Check – Tervezési Szabály Ellenőrző). A panel nem lett legyártva, mert egyszerűsége miatt nem volt indokolt a gyártás, így én forrasztottam össze házilag az alkatrészeket.

Programozás Arduino IDE programozás Miután minden bekötéssel végeztem, a programozás következett. Az Arduino rendelkezik egy gyárilag kiadott programozási felülettel, az IDE-vel.

83. ábra - Arduino IDE Ezen keresztül programoztam a bridge fájlt. Ebben van leírva, hogy melyik analóg vagy digitális portot hogyan vezéreljük, vagy például a motorvezérlése, és az útvonal is, amit a kamera bejár a „járőrözés”, vagy a „körbejárás” módban. A kamera pozíciójának meghatározása idő alapú. Mivel a kamera balra és jobbra is egy másodpercnyit forog, ezért mindig ugyanazon pozíciókba jut el. A „járőrözés” és „körbejárás” funkciók is időben ugyanannyit forognak az egyik irányba, mint a másikba. Az Arduino kimeneteinek az értékei egyformák, a H-híd pedig szimmetrikus. A motor mindkét irányba azonos energia felhasználással forog, így a pozíció mindig fix.

61



A bridge fájl: #include #include #include A híd, szerver és kliens könyvtárak betöltése. A bridge felelős az eszközök közötti kapcsolatért, a szerver a webszerverért, a kommunikációért, ami az 5555-ös porton történik, a kliens pedig a felhasználó, az utasítások és a mikrovezérlő közötti kapcsolatokért felelős. BridgeServer server; A Yún webszerver figyeli az alap 5555-ös portot, és továbbítja a HTTP utasításokat. const int Pin8 = 8; const int Pin9 = 9; int sensorPin = A0; int sensorValue = 0; int j = 0, k = 0; A változók deklarálása, a Pin8 értéke 8, mert a 8-as lábat fogja használni, a Pin9 értéke 9, mert a 9-es lábat fogja használni, a sensorPin értéke A0, mert az analóg A0-ás lábát fogja használni. A sensorValue, a j, és a k kezdő értéke 0. void setup() { pinMode(8, OUTPUT); pinMode(9, OUTPUT); digitalWrite(8, LOW); digitalWrite(9, LOW); Bridge.begin(); server.listenOnLocalhost(); server.begin(); } Az alap beállítások: a 8-as és 9-es láb kimenetté állítása. A digitális 8-as és 9-es kimenet alacsony szintre állítása, a híd kapcsolat elindítása, a bejövő helyi kapcsolatok figyelése, és a webszerver elindítása.

62



void loop() { BridgeClient client = server.accept(); if (client) { process(client); client.stop(); } delay(50); A végtelen ciklus első része. Kliens utasítás érkezik a webszerverről, a program létrehozza a kapcsolatot. A program megvizsgálja, hogy ez egy új utasítás-e, ha igen, akkor feldolgozza az utasítást. Miután végzett, bezárja a kapcsolatot, hogy szabad legyen új utasításokra. A kliens utasítások figyelése 50 ms-onként történik. sensorValue = analogRead(sensorPin); j++; if (sensorValue > 650 && sensorValue < 712) { k++; } if (j > 11) { j = 0; k = 0; } A végtelen ciklus második része. Az A0-ás bemenet értékének beolvasása. Mivel az A0-ás láb nincs földre kötve, ezért amikor nem kap egyenletes bemeneti jelet, akkor lebegő állapotba kerül, és véletlenszerű értékeket ad eredményül. Ezért a j-vel számolja a program a ciklusok számát, és 11 körönként nullázza az értékét. A k értéke akkor növekszik, ha a bemeneti jel 650 és 712 közé esik, ugyanis ezen értékek között van a mozgásérzékelő által kiadott jel értéke. Amikor a j értéke nullázódik, akkor a k értéke is. Ha 11 értékből 11 a megadott értékek között van, akkor lefut a következő rész.

63



if (k > 10) { digitalWrite(Pin8, HIGH); delay(5000); digitalWrite(Pin8, LOW); digitalWrite(Pin9, HIGH); delay(10000); digitalWrite(Pin9, LOW); digitalWrite(Pin8, HIGH); delay(5000); digitalWrite(Pin8, LOW); digitalWrite(Pin8, HIGH); delay(2000); digitalWrite(Pin8, LOW); delay(1000); digitalWrite(Pin9, HIGH); delay(4000); digitalWrite(Pin9, LOW); delay(1000); digitalWrite(Pin8, HIGH); delay(2000); digitalWrite(Pin8, LOW); } } Tehát ha a nullázódás előtt eléri a k a 11-et, akkor a kamera körbejár a mozgásérzékelő hatására. Ha a Pin8 kerül HIGH (magas) állapotba, akkor balra fog forogni a kamera a delay (késleltetés) idejéig, ami (ms) milliszekundumban van megadva. Ezután ezt LOW (alacsony) állapotba állítja a program, és megáll a forgás az adott irányba. Ezután a másik irány következik a Pin9 irányításával, és így tovább.

64



void process(BridgeClient client) { int pin; int i; digitalWrite(pin, HIGH); delay(1000); digitalWrite(pin, LOW); Ez a fő része a programnak, amit a kliens által beolvasott értékek irányítanak. Első a pin és az i változó deklarálása. Második a felhasználó által küldött és beolvasott pin, ami lehet 7, 8, vagy 9, ez kerül magas állapotba 1 másodpercig, utána alacsony állapotba. Ez határozza meg hogy balra vagy jobbra fordul el a kamera. A 7-es nem befolyásolja ezt a forgatást, hiszen nem is lett deklarálva a 7-es kimenet. Ennek a következő részben van jelentősége. if (pin == 7) { digitalWrite(Pin8, HIGH); delay(4000); digitalWrite(Pin8, LOW); delay(1000); for (i=0; i<4; i++) { digitalWrite(Pin9, HIGH); delay(2000); digitalWrite(Pin9, LOW); delay(1000); } digitalWrite(Pin8, HIGH); delay(4000); digitalWrite(Pin8, LOW); } Amikor a pin értéke 7, akkor a program egy külön ágba lép be. A „járőrözés” funkció indul el, amiben 4 mp-ig balra forog a kamera, majd 1 mp-et áll, utána 2 mp-et megy jobbra, majd 1 mp-et áll, és a for ciklus alapján 4-szer csinálja ezt meg. Ezután 4 mp-ig forog jobbra, és megáll.

65



pin = client.parseInt(); client.print(F("A kamera forgatasa")); if (pin == 7) { client.print(F(" korbe!")); } if (pin == 8) { client.print(F(" balra!")); } if (pin == 9) { client.print(F(" jobbra!")); } } Ez az utolsó része a programnak, amiben egy visszajelzést küld a program a felhasználó felé. Ha pin értéke 7, akkor a „Kamera forgatása körbe!”, ha 8, akkor a „Kamera forgatása balra!”, ha pedig 9, akkor pedig a „Kamera forgatása jobbra!” fog megjelenni.

HTML programozás A HTML fájlt kiegészítettem a szükséges gombokkal, színnel, és felirattal. A HTML program: IP Kamera
Az IP kamera képe

66



A fejléc címének megadása, a háttérszín pirosra állítása, középre rendezés, „Az IP kamera képe” kiírása címsor 1-es méretben, és a videó stream-elés elindítása látható itt, majd két üres sor.
A program ezen részében a három vezérlő gomb hozzáadása látható. A gombok kattintás hatására megnyitnak egy 400×20 képpont nagyságú ablakot (amiben a felhasználó felé érkezik a kamera forgatásáról a visszajelzés), melynek a pozíciója a bal szél, a képernyő tetejétől 800 képpontra. Okos eszköz böngészőjében a háttérben nyílik meg az új oldal, hiszen egyszerre csak egy weboldalt lehet megtekinteni. A gombok „Forgatás balra”, „Forgatás jobbra”, és „Járőrözés” feliratokat tartalmaznak.

Ez pedig a HTML fájl befejezése.

67



Az eredmény:

84. ábra - A weblap

Vezérlés Az böngésző segítségével lehet irányítani a programot, és így lehet utasításokat adni a Linuxon keresztül a mikrovezérlőnek. Az utasítások linkek, HTTP utasítások, amik először az Arduino külső elérését tartalmazzák, utána pedig a láb számát per jellel elválasztva. Az alábbi linkek aktivizálják a gombokat a weblapon, ehhez a HTML fájl az előző bekezdésben látható. Balra forgatás: http://simonjordan.dyndns.hu/arduino/8 Jobbra forgatás: http://simonjordan.dyndns.hu/arduino/9 Járőrözés: http://simonjordan.dyndns.hu/arduino/7

68



85. ábra - Forgatás balra

86. ábra - Forgatás jobbra

69



87. ábra - Forgatás közben

70



Összefoglalás A szakdolgozatomban először megvizsgáltam az IP kamera kialakulásának történetét, az első kamerák, kamerarendszerek alkalmazásait, az egységeket amik felépítik, és a technológiákat amiket használnak az IP kameráknál. Megnéztem a létező szabványokat, és a felvétel készítésre vonatkozó törvényeket. Másodszor bemutattam a forgalomban lévő IP kamerák típusait, és az első saját kamerarendszeremet is példának hoztam. Végül megterveztem az egyedi részekből álló IP kamerámat. A képalkotó egységnek egy webkamerát használtam, az élő kép internetre küldéséhez pedig egy Linuxot futtató processzorral felszerelt Arduino Yún Shield-et. A kamera forgatásához egy Arduino UNO Rev3-ba épített ATmega328P mikrovezérlőt használtam, ami segítségével egy weblapon keresztül egy DC motort vezéreltem. A Linux beállítását terminálon keresztül végeztem el, a mikrovezérlő programját az Arduino IDE szoftverének segítségével írtam, a weblapot pedig HTML-ben programoztam. Az irányításhoz egy H-hidat építettem, aminek a NYÁK tervét gyártásra alkalmasra is elkészítettem, és mozgásérzékelésre beinduló forgást is építettem és programoztam a rendszerbe. Előnyök az IP kamerával szemben: -

A webkamera tetszőlegesen választható, és cserélhető (UVC kompatibilitás)

-

Saját fejlesztésű, így szinte bármilyen igény szerint átalakítható

-

Egy PTZ IP kamera ára sokkal magasabb, mint ennek a forgatható kamerának az ára

Hátrányok az IP kamerával szemben: -

Nem kompakt a rendszer

-

Megfelelő burkolat nélkül nem lehet szabadtéren használni

-

Nehezebb kivitelezni a rendszert

-

Külön kell beszerezni a webkamerát, a motort, és a vezérlő részt

Összességében akkor éri meg ilyen eszközt vásárolni (illetve készíteni), ha valakinek kifejezetten webkamerája van otthon, amit szeretne felhasználni, illetve ha olcsóbban szeretné látni a kamerája élőképét az interneten, anélkül, hogy ehhez egy szervergépet kelljen üzemelnie, vagy üzemeltetnie.

71



88. ábra - Teljes összeállítás

89. ábra - Kompakt összeállítás A szakdolgozatom készítése közben nagyon sokat tanultam, és még jobban felkeltette az érdeklődésemet a mikrovezérlő programozás, és az elektronikai áramkörök készítése. Tervezem az eszközök továbbfejlesztését, és újabb érdekes dolgok kitalálását.

72



Summary First, in my thesis I have analysed the evolution of the IP cameras, the first ever cameras, the camera systems applications, the building elements, and the technologies are used in IP cameras. I have looked at the laws applicable to existing standards and recordings. Secondly, I presented the types of IP cameras on the market and my own camera system as well. Finally, I have designed my own IP camera built from custom parts. For the imaging unit I used a webcam, and for live streaming I used an Arduino Yun Shield equipped with a processor with Linux system. For the camera rotation an ATmega328P microcontroller was built into an Arduino UNO Rev3 allowing you to drive a DC motor through a Web page. The setting was carried out through a Linux terminal. I have programmed the microcontroller with the Arduino IDE software, and the web page in HTML. For controlling I have created an Hbridge and its PCB layout is also ready for manufacturing. Furthermore its containing motion detected rotation system. Pros: -

Any types of webcam can be used and also replaced (UVC compatible)

-

Custom made, any further change can be made upon request

-

The price of an IP PTZ camera is much higher than this rotatable camera

Cons: -

Non-compact system

-

Without adequate housing cannot be used outdoors

-

It is more difficult to carry out the system

-

The web camera, the motor and the control part can be purchased only separately

Overall, it is only worth to buy or make a system like this if someone has a webcam at home and wants to use it for live cast without hosting a server. Writing this thesis I’ve learnt so much and I got really enthusiastic about microcontroller programming. I’m already planning to upgrade this system and develop many more interesting device.

73



Irodalomjegyzék [1] OKTEL KFT „A CCTV története” – című cikke: http://oktel.hu/szolgaltatas/kamerarendszer/a-kepalkotas-alapjai/a-cctv-tortenete/ [ellenőrizve: 2016.11.11.]

[2] OKTEL KFT „IP CCTV” – című cikke: http://oktel.hu/szolgaltatas/kamerarendszer/ip-cctv/ [ellenőrizve: 2016.11.11.] [3] OKTEL KFT „HD CCTV” – című cikke: http://oktel.hu/szolgaltatas/kamerarendszer/hd-cctv/ [ellenőrizve: 2016.11.11.] [4] OKTEL KFT „HD IP kamerák” – című cikke: http://oktel.hu/szolgaltatas/kamerarendszer/ip-cctv/hd-ip-kamerak/ [ellenőrizve: 2016.11.11.] [5] OKTEL KFT „IP kamerák” – című cikke: http://oktel.hu/szolgaltatas/kamerarendszer/ip-cctv/ip-kamerak/ [ellenőrizve: 2016.11.11.] [6] OKTEL KFT „Kamera paraméterek” – című cikke: http://oktel.hu/szolgaltatas/kamerarendszer/kamerak/kamera-parameterek/ [ellenőrizve: 2016.11.11.]

[7] OKTEL KFT „Az objektívek jellemzői” – című cikke: http://oktel.hu/szolgaltatas/kamerarendszer/objektivek/az-objektivek-jellemzoi/ [ellenőrizve: 2016.11.11.]

[8] OKTEL KFT „Az objektívek alkalmazásai” – című cikke: http://oktel.hu/szolgaltatas/kamerarendszer/objektivek/az-objektivek-alkalmazasai/ [ellenőrizve: 2016.11.11.]

[9] OKTEL KFT „A kamerás megfigyelés jogi szabályozása” – című cikke: http://oktel.hu/szolgaltatas/kamerarendszer/a-kameras-megfigyeles-jogi-szabalyozasa/ [ellenőrizve: 2016.11.11.]

[10] OKTEL KFT „Kameratípusok” – című cikke: http://oktel.hu/szolgaltatas/kamerarendszer/kamerak/kameratipusok/ [ellenőrizve: 2016.11.11.] [11] Álkamera: https://www.tessitore-szerszamok.hu/Biztonsagi-alkamera-3xAA-mozgaserzekelo-altalvezerelt-pasztazas [ellenőrizve: 2016.11.11.] [12] Arduino, Genuino: https://store.arduino.cc/product/GSX00102 [ellenőrizve: 2016.11.11.] [13] DVR elölről: http://www.shopclues.com/dvr-11.html [ellenőrizve: 2016.11.11.] [14] DVR hátulról: http://www.securitycameraking.com/securityinfo/how-to-connect-to-your-dvr-over-theinternet/ [ellenőrizve: 2016.11.11.] [15] NVR hátulról: http://securemaxsecurity.com/Blog/How%20to%20change%20the%20order%20of%20IP%20 cameras%20connected%20to%20your%20NVR [ellenőrizve: 2016.11.11.]

74



[16] HD-TVI: http://www.supercircuits.com/alibi-megapixel-1720p-ir-varifocal-security-camera-alibc1720pvf [ellenőrizve: 2016.11.11.] [17] RG-59 koax: https://sewelldirect.com/learning-center/rg59-or-rg6 [ellenőrizve: 2016.11.11.] [18] UTP kábel: https://secure.libertycable.com/products/Liberty-Wire-and-Cable/24-4P-P-L6SH/Category-6F-UTP-EN-series-23-AWG-4-pair-shielded-cable [ellenőrizve: 2016.11.11.] [19] RJ-45-ös csatlakozó és az UTP kábel lábkiosztása: http://blog.showmecables.com/author/showmecables/page/2/ [ellenőrizve: 2016.11.11.] [20] Infra LED-ek: http://www.shelfkey.com/orderProduct.aspx?prodid=6637&partno=IR-RX/TX [ellenőrizve: 2016.11.11.]

[21] Power over Ethernet: http://www.sekorm.com/news/1571.html [ellenőrizve: 2016.11.11.] [22] Webkamera: http://us.creative.com/p/web-cameras/live-cam-sync-hd [ellenőrizve: 2016.11.11.] [23] Arduino Yún Shield: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoYunShield [ellenőrizve: 2016.11.11.] [24] Arduino Yún: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardYun [ellenőrizve: 2016.11.11.] [25] Arduino UNO Rev3: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno [ellenőrizve: 2016.11.11.] [26] Arduino UNO Rev3 lábkiosztás: http://www.jtagelectronics.com/?p=75 [ellenőrizve: 2016.11.11.] [27] Arduino Yún Shield Quick Start: https://www.arduino.cc/en/Guide/ArduinoYunShield [ellenőrizve: 2016.11.11.] [28] Linux beállítása: https://learn.adafruit.com/wireless-security-camera-arduino-yun/setting-up-your-arduino-yun [ellenőrizve: 2016.11.11.]

[29] Stream-elés: https://learn.adafruit.com/wireless-security-camera-arduino-yun/stream-video-to-youtube [ellenőrizve: 2016.11.11.]

[31] H-híd: https://electrosome.com/dc-motor-driving-using-h-bridge/ [ellenőrizve: 2016.11.11.] [32] Tranzisztor: http://html.alldatasheet.com/html-pdf/2897/MOTOROLA/BC548C/257/1/BC548C.html [ellenőrizve: 2016.11.11.]

[33] Dióda: http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/15021/PHILIPS/1N4148.html [ellenőrizve: 2016.11.11.]

75



Ábrajegyzék 1. ÁBRA - AZ ELSŐ MEGFIGYELŐ KÉPEK [1] ..................................................................................7 2. ÁBRA - AZ ELSŐ CCTV RENDSZER [1] .....................................................................................7 3. ÁBRA - OLEAN FŐUTCÁJA [1] ...................................................................................................8 4. ÁBRA - CCD SZENZOR [1] ........................................................................................................9 5. ÁBRA - 16 CSATORNÁS DVR ELEKTRONIKÁJA [1] ..................................................................10 6. ÁBRA - AXIS NETEYE 200 [2] .................................................................................................11 7. ÁBRA - DVR ELÖLRŐL [13] ....................................................................................................11 8. ÁBRA - DVR HÁTULRÓL [14] .................................................................................................12 9. ÁBRA - NVR HÁTULRÓL [15] .................................................................................................12 10. ÁBRA - VIDEÓ ENCODER [2] .................................................................................................12 11. ÁBRA - ANALÓG VS. HD CCTV [3] ......................................................................................14 12. ÁBRA - ANALÓG VS. HD CCTV [3] ......................................................................................14 13. ÁBRA - HD-SDI [3] ..............................................................................................................14 14. ÁBRA - HD-CVI [3]..............................................................................................................15 15. ÁBRA - HD-TVI [16] ............................................................................................................15 16. ÁBRA- AHD [3] ....................................................................................................................16 17. ÁBRA - RG-59 KOAX [17] .....................................................................................................17 18. ÁBRA - BOSCH HD IP KAMERA [4] .......................................................................................17 19. ÁBRA - SONY HD IP DOME KAMERA [4] ...............................................................................17 20. ÁBRA - ONVIF [2] ...............................................................................................................19 21. ÁBRA - PSIA [2] ...................................................................................................................20 22. ÁBRA - UTP KÁBEL [18] .......................................................................................................20 23. ÁBRA - RJ45-ÖS CSATLAKOZÓ ÉS AZ UTP KÁBEL LÁBKIOSZTÁSA [19] ................................21 24. ÁBRA - FELBONTÁSOK [5] ....................................................................................................22 25. ÁBRA - INTERLACE ÉS PROGRESSZÍV LETAPOGATÁS [5]........................................................23 26. ÁBRA - IR LED-EK [20] .......................................................................................................24 27. ÁBRA - POE - POWER OVER ETHERNET [21] .........................................................................25 28. ÁBRA - MIKROFON [5] ..........................................................................................................26 29. ÁBRA - SZFÉRIKUS ÉS ASZFÉRIKUS LENCSE [7] .....................................................................27 30. ÁBRA - IR KORRIGÁLT OBJEKTÍV [7].....................................................................................28 31. ÁBRA - C GYŰRŰ [8] .............................................................................................................28 32. ÁBRA - FÓKUSZTÁVOLSÁG [7] ..............................................................................................29 33. ÁBRA - MANUALÍRISZES VARIOFOKÁLIS OBJEKTÍV [8] .........................................................29 34. ÁBRA - BLENDE [7] ..............................................................................................................30 35. ÁBRA - FIX ÍRISZ [8] .............................................................................................................31 36. ÁBRA - DC AUTOÍRISZES VARIOFOKÁLIS OPTIKA [8] ............................................................31 37. ÁBRA - MÉLYSÉGÉLESSÉG [8] ..............................................................................................32 38. ÁBRA - PANEL KAMERA [10] ................................................................................................33 39. ÁBRA - PANEL KAMERÁK ÉS EGY USB-S DVR .....................................................................34 40. ÁBRA - VEZÉRLŐ EGYSÉG .....................................................................................................34 41. ÁBRA - PANEL KAMERA PTZ FORGATÁSSAL ........................................................................34 42. ÁBRA - PANEL KAMERA PTZ FORGATÁSSAL ........................................................................35 43. ÁBRA - CSŐKAMERA [10] .....................................................................................................35 44. ÁBRA - KOMPAKT KAMERA [10] ...........................................................................................35 45. ÁBRA - INFRA LED-ES KOMPAKT KAMERA [10] ...................................................................36 46. ÁBRA - INFRA LED [10] .......................................................................................................36 47. ÁBRA - INFRA LED-ES FIX DOME KAMERA [10] ....................................................................37 48. ÁBRA - BOKSZ KAMERA [10] ................................................................................................38 49. ÁBRA - PTZ KAMERA [10] ....................................................................................................39 76



50. ÁBRA - SPEED DOME KAMERA [10] .......................................................................................39 51. ÁBRA - SAMSUNG VEZÉRLŐ [10] ..........................................................................................40 52. ÁBRA - AJTÓ KAMERA [10] ...................................................................................................40 53. ÁBRA - REJTETT KAMERA [10] .............................................................................................41 54. ÁBRA - CREATIVE LIVE! CAM SYNC [22] .............................................................................43 55. ÁBRA - ARDUINO YÚN SHIELD KOMPATIBILITÁSA ALAPPANELEKKEL [23] ..........................43 56. ÁBRA - ARDUINO YÚN [24] ..................................................................................................44 57. ÁBRA - ARDUINO UNO REV3 [25] .......................................................................................44 58. ÁBRA - ARDUINO UNO REV3 LÁBKIOSZTÁS [26] .................................................................45 59. ÁBRA - ARDUINO YÚN SHIELD [23]......................................................................................46 60. ÁBRA - ARDUINO YÚN SHIELD RÉSZEI [23] ..........................................................................47 61. ÁBRA - ÁLKAMERA [11] .......................................................................................................47 62. ÁBRA - BLOKK-DIAGRAMM ..................................................................................................48 63. ÁBRA - HÁLÓZATI BEÁLLÍTÁSOK ..........................................................................................49 64. ÁBRA - TERMINÁL ................................................................................................................49 65. ÁBRA - A STREAM-ELÉS VISSZAJELZÉSE ...............................................................................50 66. ÁBRA - PORTTOVÁBBÍTÁS ....................................................................................................52 67. ÁBRA - DINAMIKUS DNS .....................................................................................................52 68. ÁBRA - ARDUINO UNO RESET MÓD [27] ..............................................................................53 69. ÁBRA - ARDUINO BLOKK-DIAGRAMM [27] ...........................................................................53 70. ÁBRA - ARDUINÓK ÖSSZEKÖTVE ..........................................................................................54 71. ÁBRA - A FORGATÓ MECHANIZMUS ......................................................................................54 72. ÁBRA - H-HÍD [30] ................................................................................................................55 73. ÁBRA - TRANZISZTOR [31] ...................................................................................................56 74. ÁBRA - TRANZISZTOR ADATOK [31] .....................................................................................56 75. ÁBRA - DIÓDA [32] ...............................................................................................................56 76. ÁBRA - DIÓDA ADATOK [32].................................................................................................57 77. ÁBRA - SAJÁT H-HÍD ............................................................................................................57 78. ÁBRA - MOZGÁSÉRZÉKELŐ VEZÉRLŐ ...................................................................................58 79. ÁBRA - KAPCSOLÁSI RAJZ.....................................................................................................59 80. ÁBRA - TOP RÉTEG ..............................................................................................................60 81. ÁBRA - BOTTOM RÉTEG .....................................................................................................60 82. ÁBRA - NYÁK TERV ............................................................................................................60 83. ÁBRA - ARDUINO IDE ..........................................................................................................61 84. ÁBRA - A WEBLAP ................................................................................................................68 85. ÁBRA - FORGATÁS BALRA ....................................................................................................69 86. ÁBRA - FORGATÁS JOBBRA ...................................................................................................69 87. ÁBRA - FORGATÁS KÖZBEN ..................................................................................................70 88. ÁBRA - TELJES ÖSSZEÁLLÍTÁS ..............................................................................................72 89. ÁBRA - KOMPAKT ÖSSZEÁLLÍTÁS .........................................................................................72

Táblázatjegyzék 1. TÁBLÁZAT - ELTERJEDT CHIPEK LÁTÓSZÖGEI [7] ...................................................................30 2. TÁBLÁZAT - CREATIVE LIVE! CAM SYNC TECHNIKAI ADATAI [22] ........................................42 3. TÁBLÁZAT - ARDUINO UNO REV3 TECHNIKAI ADATOK [25] .................................................45 4. TÁBLÁZAT - ARDUINO YÚN SHIELD LINUX MIKROPROCESSZOR TECHNIKAI ADATAI [23] ......46 5. TÁBLÁZAT - A DC MOTOR MÉRT ADATAI ...............................................................................55 6. TÁBLÁZAT - H-HÍD ALKATRÉSZ LISTA ....................................................................................59

77

Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Elektrotechnikai- Elektronikai Intézeti Tanszék

Recommend Documents

Az IP kamera képe