Роль системы охранного освещения состоит не только в том, чтобы обеспечить на охраняемом объекте (в частности, в зоне периметра) освещенность, необходимую для ведения видеонаблюдения. Грамотно спроектированная система освещения – это еще и мощный психологический фактор, способный предотвратить вторжение на охраняемую территорию. Во-первых, хорошее освещение многократно повышает для преступников риск быть обнаруженными или задержанными. Во-вторых, с помощью освещения можно продемонстрировать сильные стороны физической защиты периметра и даже усилить видимость ее надежности.

Направление света

Не останавливаясь на психологических аспектах, давайте рассмотрим техническую сторону вопроса. Начнем с самого простого; как направить источники освещения? Тут все зависит от взаимного расположения охраняемого рубежа и пункта охраны.
Если пункт охраны располагается на охраняемой территории, то освещение направляют за пределы периметра под небольшим углом к линии горизонта. В этом случае сотрудники охраны хорошо видят потенциальных нарушителей и сами при этом остаются в тени.
Если же пункт охраны расположен за пределами периметра, освещение направляется внутрь охраняемой зоны; возможно, непосредственно на объект. Тогда охране хорошо будет виден любой объект, пытающийся пересечь ярко освещенное охраняемое пространство.
В любом случае грамотно реализованная система освещения должна обеспечивать обнаружение и постоянную видимость нарушителя с расстояния более 200 м.

Общие требования к охранному освещению

Когда-то системы охранного освещения обладали ограниченной ценностью - они позволяли человеку (сторожу или часовому) видеть то, что происходит на охраняемом объекте. Теперь задача таких систем несколько сложнее. Поскольку осветительные приборы чаще всего устанавливаются в совокупности с системой видеонаблюдения, то в их задачи входит обеспечить не просто видимость в охраняемой зоне (куда могут входить ограждение территории, периметр здания, зона отторжения, тропа наряда (пути обхода), а оптимальную видимость с учетом характеристик применяемых камер видеонаблюдения.
Из всего вышесказанного вытекает, что охранное освещение – это не то же самое, что обычное уличное или, скажем, декоративное освещение. Оно проектируется отдельно, и для него существуют совершенно определенные нормативы: документы МВД, ГОСТ 12.1.046-85 и Типовые проектные решения по проектированию периметрального охранного освещения ТПР9 88 ГПКИ «Спецавтоматика».
Соответственно для подключения сети охранного освещения используется отдельная группа щита освещения, который может быть расположен в помещении охраны или на КПП (допускается также установка щита на внешней стене КПП со стороны охраняемой территории).
Система охранного освещения должна дополняться аварийным освещением, которое включается автоматически по сигналу тревоги от датчиков системы охраны периметра. Включением может управлять система сбора и обработки информации. При этом высвечивается зона, откуда поступил сигнал тревоги, а иногда и две соседние. Для аварийного освещения применяются прожектора ПЗС и лампы ДРЛ, ПКН, ПФС, обеспечивающие освещенность от 10 до 50 лк.
Что касается самой системы охранного освещения, то она, согласно нормативам, должна обеспечивать в ночное время освещенность от 2 до 5 лк (как правило, 3–4 лк). Этот уровень освещенности оптимален и для видеонаблюдения за периметром, и для срочных технических работ (поиска и устранения неисправностей).
Независимо от времени суток минимальная освещенность в горизонтальной плоскости на уровне земли или в вертикальной плоскости стены ограждения должна составлять не менее 0,5 лк.
При этом желательно позаботиться о том, чтобы была равномерно освещена полоса от 6 до 15 метров внутри охранной зоны периметра. Чтобы добиться этого, освещение рассчитывается так, чтобы конусы света перекрывали друг друга и образовывали сплошную полосу.
Согласно нормативам источники света системы охранного освещения, монтируемые на ограждениях, должны располагаться не выше уровня ограждения. Выбор конструктивного исполнения приборов достаточно широк: это могут быть подъемные, консольные светильники, прожектора и т.д. В качестве источника освещения используют или лампы накаливания 220 В, или (совместно с черно-белыми камерами видеонаблюдения) ИК-прожекторы.
Во избежание механических повреждений лампы должны закрываться металлической сеткой. Включается система аварийного освещения из помещения охраны.

Светотехнический расчет

При проектировании системы охранного освещения, чтобы подобрать оптимальное количество осветительных приборов, расстояние между ними и направление светового конуса, проводят светотехнический расчет индивидуально для каждой контролируемой зоны.
Чтобы рассчитать освещенность от N источников в определенной точке, необходимо знать световую отдачу источников света; расстояние между каждым из них и освещаемым объектом; угол падения света. Светотехнический расчет основывается на законах распространения, отражения и поглощения излучения различных длин волн (лампы при этом рассматриваются как точечные источники света, а освещенные стены – как вторичные распределенные источники). Его проводят для группы характерных точек в несколько итераций с учетом чувствительности телекамер.
Освещенность в данной точке рассчитывают по следующей формуле:

Где:
E – освещенность в данной точке,
i – номер источника света,
N – общее количество источников света,
I – световая отдача источника,
φ – угол падения света от источника (угол между направлением на источник света и перпендикуляром к освещаемой поверхности),
R – расстояние от источника света до выбранной точки.

Световая отдача источника I (лм) определяется следующим образом:

где η (лм/Вт) – коэффициент светоотдачи источника, P (Вт) – мощность лампы.

Коэффициент η зависит от типа и мощности ламп. Вот некоторые его значения.

Расчет освещенности в поле зрения каждой камеры по формуле (1) проводят только для тех источников света, которые находятся между камерой и освещаемым объектом. Можно при этом пренебречь источниками света, расположенными далеко от камеры видеонаблюдения, поскольку излучаемый ими свет камерой практически не воспринимается. Освещенность определяется не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскости.
При расчете освещенности стоит учитывать, что, как правило, объект освещается не с той стороны, откуда смотрит камера. Кроме того, чтобы свет поступал к камере только после отражения от объекта, применяются специальные приспособления: козырьки, бленды и проч.

Подбор источников света по спектральным характеристикам

Спектральная характеристика ПЗС-матрицы, как и характеристика человеческого глаза, имеет максимум на длине волны приблизительно 0,55 мкм и может простираться в ИК-область (от 0,7 до 1,1 мкм). Поэтому для освещения объектов подходят и газоразрядные лампы (чаще всего ртутные лампы высокого давления типа ДРЛ), имеющие максимум спектральной характеристики на длине волны около 0,5 мкм (то есть близко к максимуму характеристики ПЗС-матрицы), и лампы накаливания (у них максимум приходится на 1,1 мкм). Однако расчет эффективной освещенности показывает, что лампы накаливания обладают низким КПД, поэтому в системах охранного освещения чаще применяют газоразрядные лампы, в частности, ДРЛ.
Лампы ДРЛ маркируются с указанием номинальной мощности и красного отношения. Например, ДРЛ125(15), лампа ДРЛ с мощностью 125 Вт и красным отношением 15%.
Красное отношение rкр – это характеристика источника света, показывающая его близость к естественному свету. Эта величина рассчитывается через отношение красного светового потока к общему световому потоку источника света (в процентах).

Здесь S(λ) – спектральная характеристика излучения, K(λ) – спектральная характеристика зрения.
Газоразрядные лампы с маленьким значением красного отношения (около 6%) дают оптимальное согласование спектра излучения с характеристиками зрения. Однако для камер на ПЗС лучше подходят лампы с rкр=12–15%, поскольку они дают большую эффективную облученность объекта.
При использовании газоразрядных ламп, в том числе ДРЛ, следует принимать во внимание стробоскопический эффект. Он возникает при кратности кадровой частоты камеры и частоты электропитания осветительного прибора и выражается в искажении изображения. Стробэффект можно устранить, синхронизировав кадровую частоту с фазой питающего напряжения.

Расчет контраста объекта и фона

Вероятность обнаружения нарушителя зависит от его контраста относительно фона (охраняемого объекта). Система охранного освещения должна быть спроектирована таким образом, чтобы обеспечить максимальную видимость объекта на фоне с учетом чувствительности камер видеонаблюдения.
Как правило, в паспортных характеристиках камеры указывают ее чувствительность для больших значений контрастности (около 85%). В реальных условиях контрастность объекта относительно фона значительно ниже, за счет чего снижается и значение чувствительности камеры на объекте. Это можно компенсировать дополнительным, более ярким освещением.
Расчет контраста К производят по следующей формуле:

где k_о – коэффициент отражения объекта,
k_ф – коэффициент отражения фона.

Контраст объекта относительно фона

Фон

Коэффициенты отражения для некоторых поверхностей

Расчет контраста для разных сочетаний объекта и фона показывает, что среднее его значение в реальных условиях приблизительно равно 15%, т.е. примерно в 6 раз ниже того значения, для которого указаны паспортные характеристики камер.

Инфракрасная подсветка

ИК-подсветка применяется совместно с черно-белыми камерами и камерами «день/ночь». В зависимости от задач, которые возлагаются на подсветку, можно использовать ИК-излучатели с видимым или невидимым свечением. В первом случае длины излучаемых волн будут находиться в пределах от 715 до 800 нм, во втором случае – около 830 нм.
В качестве ИК-подсветки используются два типа осветителей: прожекторы с галогенными лампами накаливания и полупроводниковые ИК-осветители.
Галогенные лампы (с вольфрамовым излучателем) имеют спектральный максимум на длине волны 1 мкм, чем объясняется их довольно высокая эффективность. Для подавления видимой части спектра излучения можно использовать дисперсионные фильтры на основе ИК-стекол или (реже) интерференционные фильтры.

Дальность наблюдения

При расчете ИК-подсветки следует принимать во внимание, что ПЗС-матрицами разных типов используется лишь до 15% световой энергии ИК-прожектора.

Использование световой энергии ИК-прожектора

Полупроводниковые ИК-осветители по сравнению с галогенными лампами обладают большей спектральной яркостью на рабочей длине волны. Их рабочий диапазон полностью расположен в ИК-области спектра с центральной длиной волны от 880 до 950 нм. Основной трудностью при использовании таких излучателей является эффективный отвод тепла от площадки светодиода.
Из-за сложности расчета при проектировании ИК-подсветки обычно опираются на указанный в паспорте каждого ИК-осветителя диапазон возможных предельных дальностей при использовании осветителя совместно с типовой телекамерой.