Обширная статья из журнала "Бизнес и безопасность" за 2006 год. Журнал "Бизнес и безопасность" - ведущее аналитическое печатное издание, освящающее вопросы безопасности различного направления. Автор публикации Мусиенко Д.
Не смотря на год выпуска публикации (2006), актуальность последней не утрачена и полностью соответствует духу времени. Поскольку статья печаталась в нескольких выпусках журнала "Бизнес и безопасность" и занимает большой объем, нами она разделена на части, для последовательного и лучшего восприятия.
Охранные системы телевизионного наблюдения предназначены для обеспечения безопасности на объекте. Они позволяют наблюдателю следить за одним или несколькими объектами, находящимися порой на значительном расстоянии как друг от друга, так и от места наблюдения.
Современные телевизионные системы наблюдения позволяют выполнять и другие не менее важные и более сложные задачи. Например, наблюдение за несколькими больными одновременно, движением транспортных потоков на оживленных магистралях или в портах. Существует целый ряд применений систем видеонаблюдения в научных исследованиях и в промышленности, например, для контроля технологических процессов и управления ими. При этом наблюдение может производится в условиях низкой освещенности или в средах, где присутствие человека не допускается. Успешно эти системы используются в магазинах, в казино, в банках, на автостоянках. Малокадровые системы для дома или офиса способствуют повышению безопасности и создают дополнительные удобства.
Однако основной задачей, с которой должна справляться система телевизионного наблюдения, и именно для этих задач она и создавались, - это обеспечения физической безопасности объекта, как самостоятельно, так и при совместной работе с другими системами безопасности.
При современных темпах криминализации общества и роста преступности, сложившейся общественно политической обстановке в стране просто необходима охрана периметра и территории, контроль доступа на объект его сотрудников, посетителей и транспорта, ведение визуального наблюдения за состоянием различных частей объекта.
Можно выделить основные преимущества систем видеонаблюдения перед другими средствами безопасности. Это автоматическое обнаружение и видеоконтролирование событий, мгновенное обнаружение несанкционированного проникновения на охраняемую территорию, исключение ложных срабатываний за счет интеллектуальной обработки поступающих информационных потоков, наглядное отображение всей обрабатываемой информации, возможность тесной интеграции с другими подсистемами безопасности.
Среди недостатков таких систем можно выделить затрудненную работу в неблагоприятных погодных условиях, например, туман.
Основными критериями систем видеонаблюдения при их разработке являются надежность, информативность, достоверность и своевременность, технико-экономическая эффективность, человеческий фактор.
Надежность применяемого оборудования влияет на уровень работоспособности системы, а, следовательно, на размер эксплуатационных расходов. Это достигается использованием только самых лучших компонентов от ведущих мировых производителей, проверенных на практике и глубоко продуманных конструктивных решений. Грамотно построенная система позволяет достигнуть наибольшего времени работы между ее отказами и минимального периода восстановления.
Кажущаяся «экономия» при проектировании системы и закупке оборудования выливается в реальные затраты (и довольно значительные) по поддержанию в работоспособном состоянии из- за постоянных ремонтов и поломок.
Соблюдение второго критерия позволяет обеспечить одновременную и непрерывную работу видеодетекции движения, видеозаписи, отображения на экран, воспроизведения и резервного архивирования по каждой из подключенных камер.
Также информативность системы зависит от грамотности выбора конкретных точек установки телекамер, их секторов обзора, глубины резкости, сопряженности или даже перекрытия полей наблюдения. Эти факторы оказывают существенное влияние на объем и качество информации, доступной оператору, или другими словами, на уровень информационной эффективности системы. Наиболее часто встречающейся способ ее повышения - применение телекамер на поворотных устройствах.
Достоверность - основной критерий для оператора системы и работников службы безопасности объекта, на котором установлена система видеонаблюдения. Достигается путем минимизации ложных срабатываний за счет интеллектуальных алгоритмов обработки потоков видеоинформации, применения инфракрасной подсветки, увеличения изображения при условиях недостаточной видимости и др.
Своевременность обеспечивает прямой доступ авторизованных лиц к видео архивам, показ предыстории событий, т. е. видеозаписи, которая была получена за несколько секунд до срабатывания тревоги, возможность принятия решения системой самостоятельно без участия оператора, согласно заложенному алгоритму.
Технико-экономическая эффективность, подразумевает оптимальное сочетание стоимости приобретаемого оборудования с достаточностью его технических характеристик, необходимых для выполнения заданных функций на конкретном объекте. Это вопросы выбора черно-белых или цветных телекамер, их разрешения, чувствительности, адаптивности к внешним фоновым засветкам и т. д. Особенно важно правильно выбрать оборудование системы передачи видеосигнала, его предварительной обработки и визуализации на посту охраны, чтобы информационная передача от телекамеры до оператора осуществлялась без потерь качества, но и без излишних затрат.
Система охранного телевидения подразумевает обязательное наличие наблюдателя. Человек является элементом системы, поэтому, этот факт необходимо учитывать. Оператор должен чувствовать себя удобно и комфортно на своем рабочем месте. Электроника неприхотлива и непритязательна - она может работать 24 часа в сутки. Другое дело - человек: попробуйте хотя бы на протяжении 2-х часов внимательно проследить за экранами 4-х мониторов. Поэтому помещение, в котором располагается пост охраны, и рабочее место оператора являются неотъемлемой частью телевизионной охранной системы. Это звучит не совсем привычно, но это именно так, и поэтому их оборудованию следует уделять не меньшее внимание, чем другим вопросам организации и создания телевизионной охранной системы на объекте.
Разумное ограничение уровня требований к какой-либо из функций системы может привести к значительной экономии средств при ее внедрении и эксплуатации. Так, в одном случае отслеживание самого факта нарушения охранной зоны и характера противоправных действий является достаточным условием соблюдения режима безопасности на данном объекте, тогда как на другом система охранного телевидения не может быть признана эффективной, если не удалось различить черты лица нарушителя. Различия в технических характеристиках системы в каждом случае обуславливают отличия стоимостные. С другой стороны, неоправданная попытка снизить стоимость технического решения может привести к неспособности системы служить тем целям и задачам, ради которых она была создана.
В целом для построения системы видеонаблюдения нужен разумный комплексный сбалансированный подход. Думается, что материалы, изложенные ниже, в чем-то вам помогут.
В настоящее время используется два принципа построения систем видеонаблюдения: аналоговые и цифровые.
Типовая схема видеонаблюдения такова: изображение с одной или нескольких видеокамер (в зависимости от сложности системы видеонаблюдения) преобразуется в электрический сигнал, величина которого пропорциональна интенсивности светового потока. Для передачи видео информации от видеокамеры и управления ее функциями (повороты, диафрагма, трансфокатор, др.) создается канал связи (коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно, радиоканал, др). На посту охраны принятый сигнал подается на устройства обработки и вывода видеоизображения.
К основным элементам систем видеонаблюдения относятся:
- телевизионные камеры: черно-белые (монохромные) или цветные, высокого или обычного разрешения, с возможностью управления диафрагмой объектива или без нее, с электронным затвором или без него, стационарные и на поворотных устройствах, с возможностью дистанционного управления или без такового и т. д.;
- каналы связи: камера - пост контроля;
- устройства обработки видеосигнала: коммутаторы последовательные или матричные, мультиплексоры, квадраторы, видеодетекторы движения аналоговые или цифровые, компьютеры;
- устройства регистрации: видеомагнитофоны, системы цифровой записи на жесткий диск компьютера;
- устройства отображения: цветные или черно- белые видеомониторы, видеопринтеры, мониторы компьютеров;
- устройства управления: системные контроллеры, пульты управления видеокамерами, поворотными устройствами и матричными коммутаторами, компьютеры.
Далее будут описаны элементы системы видеонаблюдения, также попытаемся выделить основные преимущества и недостатки каждого из них.
Простая концепция «камера - монитор» используется только в небольших системах охранного телевидения. В более крупных системах сигнал до воспроизведения на видеомониторе проходит через электронное оборудование, осуществляющее обработку видеосигнала.
К устройствам обработки видеосигналов относятся электронные устройства, выполняющие ту или иную функцию изменения видеосигнала, например переключение между несколькими входами, сжатие на один квадрант экрана, подьем высоких частот и др.
Видеокоммутатор
Самое простое и наиболее широко распространенное устройство, используемое в небольших и средних видеосистемах - это видеокоммутатор. Поскольку в большинстве систем охранного телевидения видеокамер больше, чем видеомониторов, то требуется устройство, последовательно переключающееся с сигнала одной видеокамеры на сигнал другой. Такое устройство называется последовательным видеокоммутатором.
Принято разделять видеокоммутаторы на последовательные (или свитчеры) и матричные. Сложные (и дорогие) матричные видеокоммутаторы позволяют создавать системы охранного видеонаблюдения (CCTV), состоящие из нескольких десятков (и даже сотен) видеокамер, десятков мониторов, устройств регистрации и обработки изображения, связанных единой логикой работы.
Обычно на передней панели видеокоммутатора расположен ряд кнопок для каждого входа, и кроме переключателя для ручного выбора видеокамер есть включатель для переключения видеокамер в автоматическом режиме, причем время наблюдения каждой камеры выбирается вручную.
Наиболее популярными являются последовательные видеокоммутаторы свитчеры тайваньских фирм TSE, MINTRON, Hunt Electronic и Merit Li-Lin. Некоторые модели видеокоммутаторов имеют встроенные входы тревоги, что позволяет автоматически прерывать последовательность просмотра каналов и выводить на экран монитора изображение от той видеокамеры, от которой пришел сигнал тревоги. Благодаря встроенному в некоторые модели видеокоммутаторов знакогенератору одновременно с изображением на экран может выводиться номер камеры и дата.
При создании небольших систем охранного видеонаблюдения (CCTV) видеокоммутаторы являются простым и дешевым инструментом повышения эффективности их работы. Однако при увеличении числа видеокамер интервалы между просмотрами одной и той же видеокамеры могут привести к потере важной информации.
Таблица 1. Основные характеристики последовательных коммутаторов | | HTS-1005/4 | TS-S044 | TS-S088 | PIH-206AL | PIH-2008A | PIH-212AL | | Производитель | Hunt Electr. | TSE | TSE | Merit Lilin | Merit Lilin | Merit Lilin | | Число входов | 4 | 4 | 8 | 6 | 8 | 12 | | Число выходов | 1 | 2 | 2 | 2 | 1 | 2 | | Входы тревоги | нет | нет | нет | есть | нет | нет | | Знакоген.даты/ном. кан. | нет | нет | нет | есть | нет | есть | | Режимы работы | Ручной / автоматический / обход | | Питание | 220В | | Примечание | - | - | - | аудиовходы, встроенный динамик, аудиовыход |
Матричный видеокоммутатор (Video Matrix Switcher - VMS) устройство, предшествовавшее последовательному коммутатору. Матричный видеокоммутатор (VMS) является мозгом системы и входит в состав больших систем охранного телевидения.
Если мы расположим на схеме видеовходы против видеовыходов, то получим матрицу - отсюда и название «матричный». Довольно часто матричные видеокоммутаторы называют узловыми (cross-point). Узлы (или точки пересечения) - это электронные переключатели, которые в любой момент могут подключить любой вход к любому выходу, сохраняя при этом режим согласования нагрузки. Так, один видеосигнал может быть выбран одновременно более чем на одном выходе. А несколько входов могут быть выбраны для переключения по одному выходу, только в этом случае мы получим последовательное переключение между несколькими входами, так как иметь более одного видеосигнала на одном выходе в один момент времени невозможно.
Таким образом, матричный видеокоммутатор по существу представляет собой большой последовательный коммутатор с рядом усовершенствований:
- VMS может контролироваться и управляться несколькими операторами. В этом случае каждый оператор обычно контролирует один видеоканал. В зависимости от модели VMS может быть достигнут определенный уровень интеллектуального управления. Операторы могут иметь равные или различные приоритеты, зависящие от их положения в структуре безопасности.  В состав VMS входят цифровые контроллеры для управления поворотными устройствами и объективами. Клавиатура обычно имеет встроенный джойстик или кнопки, служащие управляющими элементами, а в месте установки видеокамеры имеется так называемый PTZ-блок (приемник сигналов телеуправления), который, по сути, входит в систему VMS. PTZ-блок обменивается с матричным видеокоммутатором цифровой информацией и управляет поворотным устройством и варио-объективом и, возможно, другими дополнительными устройствами.
Почти все коммутаторы VMS в базовой конфигурации имеют опцию генератора текста и клавиатуру управления. VMS генерирует код идентификации видеокамеры, время, дату, имя оператора системы, сообщения тревоги в блоке выводимой на экран информации, накладываемой на видеосигнал.
Коммутаторы VMS имеют несколько входов и выходов тревоги, которые могут работать в любой комбинации.
Основой устройства является микропроцессор, его использование позволяет матричным видеокоммутаторам выполнять сложные задачи по управлению видеосигналом и сигналами тревоги.
Матричные видеокоммутаторы производятся фирмами VIDEOTEC, COMPUTAR, BAXALL, PELCO, Panasonic, ERNITEC и другими известными фирмами.
Простые аналоговые видеокоммутаторы представлены на рынке охранного телевидения в основном моделями производства фирм Тайваня, Ю. Кореи, Италии, Японии.
Таблица 2. Основные характеристики матричных видеокоммутаторов | | SW164OSM | SW328 | | Контроллер (модель) | DCS2,KEYPLUS, SWC16, удаление до 1500 метров | DCS3, удаление до 1200 метров | | Число видеовходов | 16 | 32 | | Число видеовыходов | 4 | 8 | | Входы/выходы тревоги | 16/4 | 32/8 | | Знакоген. даты/ном. канала | есть | есть | | Телеметрия | Через контроллер DCS2, совместно с приёмниками VIDEOTEC | Через контроллер DCS3, совм. с
приемниками VIDEOTEC, совместим с протоколами Panasonic WV- CS850, Star MD200, Computar SMD20 и др.
| | Кол-во независимых пользователей | до 4 | до8 | | Питание | 220В | | Примечание | Микропроцессорная, экранное меню, трехуровневая парольная защита | Микропроцессорная, детектор потери видеосигнала, печать на принтере трев. сообщений, программ. с компьютера, генератор текста/времени/даты
|
Фирма VIDEOTEC (Италия) является одной из лидирующих компаний в области разработки и производства оборудования и аксессуаров для систем видеонаблюдения различной сложности. Фирмой выпускается ряд моделей свитчеров и матричных видеокоммутаторов. Наибольшую популярность среди отечественных потребителей заслужили матричные коммутаторы SW164OSM и SW328.
Модель матричного видеокоммутатора SW164OSM позволяет коммутировать 16 видеовходов и 4 видеовыхода с четырех независимых постов (через дистанционные контроллеры DCS2, KEYPLUS, SWC16), процесс программирования несложен и облегчается экранным меню.
Модель матричного видеокоммутатора SW328 предназначена для коммутации 32 видеовходов и 8 видеовыходов, функциями матрицы могут управлять до 8 независимых пользователей. Тревожные входы/выходы, встроенные функции телеметрии (через дистанционные контроллеры DCS3), возможность программирования с компьютера и распечатки тревожного сообщения на принтере - основные достоинства этой модели.
С прогрессом в области электроники постепенно стираются грани между аналоговыми системами видеонаблюдения и цифровыми. В коммутационном оборудовании, использующемся в аналоговых телевизионных системах, присутствуют цифровые способы обработки сигнала.
Видеоквадраторы «Неумение» последовательных коммутаторов отображать все видеокамеры одновременно и проблемы с синхронизацией заставили разработчиков оборудования для систем охранного телевидения на создание нового устройства - видеоквадратора (разделителя экрана).
Видеоквадратор - это прибор с аналоговыми входом и выходом, выполняющий цифровую обработку.
Видеоквадратор помещает изображение от четырех (или менее видеокамер) на один экран, разделенный на четыре прямоугольные области, по аналогии с прямоугольной системой координат иногда называемые квадрантами (отсюда иногда используемое название такого прибора - quad compressor). Для решения этой задачи видеосигнал вначале должен быть оцифрован, а затем сжат до размера соответствующего квадранта. Электроника прибора приводит все синхроимпульсы к единой временной базе, в результате формируется единый видеосигнал, в котором представлены сигналы всех четырех квадрантов, поэтому нет необходимости во внешней синхронизации.
Как и в случае любого цифрового устройства обработки изображений, здесь есть ряд моментов, которые необходимо знать, чтобы уметь определять качество системы это разрешение кадровой памяти в пикселях (по горизонтали и по вертикали) и скорость обработки изображений.
Типичная для современных видеоквадраторов емкость кадровой памяти составляет 512х512 или 1024х1024 пикселей. Первое сравнимо с разрешающей способностью видеокамеры, но следует помнить, что эти 512х512 пикселей мы разбиваем на четыре изображения, и каждый квадрант будет иметь разрешение 256х256 пикселей, что приемлемо лишь для системы среднего уровни.
Итак, если у вас есть выбор, то выбирайте видеоквадратор с большей кадровой памятью. Кроме того, каждый пиксел хранит информацию об уровне яркости (в черно-белых видеоквадраторах) и цветовую информацию (в цветных видеоквадраторах). Обычный черно-белый видеоквадратор хорошего качества дает 256 уровней серого, хотя для некоторых приложений достаточно 64 уровней. А вот 16 уровней серого - это слишком мало, и изображение будет выглядеть чересчур оцифрованным. Цветные видеоквадраторы высокого качества дают более 16 млн. цветов, то есть 256 уровней по каждому из трех первичных цветов.Еще один важный аспект видеоквадратора - это время обработки изображения. Чтобы движение на экране было плавным, электроника должна обрабатывать каждое изображение на полевой частоте ТВ системы (1/50 с), только тогда на изображении не будет задержек и эффект оцифровки будет менее заметен. Такие «быстрые» приборы называются видеоквадраторами реального времени.
Видеоквадраторы реального времени с высоким разрешением стоят достаточно дорого. Цветные приборы дороже, чем черно-белые, так как в этом случае на каждый канал требуется три модуля кадровой памяти (по числу первичных цветов). Если в системе больше четырех видеокамер, то решением может быть использование двухстраничных видеоквадраторов, в этом случае до 8 видеокамер могут переключаться последовательно в виде двух изображений по четыре камеры в каждом.
Другая очень удобная характеристика, свойственная большинству видеоквадраторов, - это входы тревоги. При получении сигнала тревоги, соответствующая видеокамера переключается с режима 1/4 на полноэкранный Обычно это режим реального времени, то есть аналоговый сигнал отображается без цифровой обработки и хранения в кадровой памяти. Переключение по тревоге в полноэкранный режим особенно важно в режиме видеозаписи.
Независимо от того, насколько хорошим кажется выходной сигнал с видеоквадратора, при записи на VHS-магнитофон разрешающая способность ограничивается возможностями спец-видеомагнитофона. Это составляет 240 ТВЛ для цветного сигнала и около 300 ТВЛ для черно-белого. При воспроизведении в режиме 1/4 с видеомагнитофона очень трудно сравнивать детали в таком изображении с тем, что было в исходном изображении в режиме реального времени.
По этой причине система может быть спроектирована таким образом, чтобы при срабатывании датчика тревоги происходил переход с режима 1/4 отображения на полноэкранное. Впоследствии детали видеозаписи по тревоге могут быть изучены подробнее. В качестве устройств активации могут быть использованы самые разные датчики, но чаще всего это пассивные и активные инфракрасные детекторы, видеодетекторы движения, тревожные кнопки и датчики открывания дверей. Продолжение следует...
|
