Uzavreté televízne okruhy - UTvO – CCTV (PTV)
description
Transcript of Uzavreté televízne okruhy - UTvO – CCTV (PTV)
11
Uzavreté televízne okruhy - UTvO – CCTV (PTV)
Vývoj televíznej techniky v 20. storočí spôsobil jej výrazné rozšírenie aj do priemyselnej oblasti v roku 1941. V 80 rokoch zaznamenali vývoj CCD kamery a 1985 došlo prvý krát k ich komerčnému využitiu.
Z technického hľadiska chápeme televízny signál ako snímanie obrazu preneseného cez optickú časť na elektronický prvok, ktorý premieňa dopadané svetlo na elektronický signál.
22
V praktickom použití ma televízny systém, ktorý
nazývame aj priemyselná televízia (PTV) na základe
svojho vyhotovenia a úrovne viacero komponentov,
a to:
- kamery,
- káblové rozvody,
- kvadrátory, splitery, rozbočovač, videomatrice,
- monitory,
- záznamové zariadenia,
33
5.2 PRIEMYSELNÉ KAMERY
Kamery sú zariadenia meniace opticky vnem na elektronický signál. Podľa hlavného transformačného prvku obrazu môžu kamery využívať:
- snímaciu elektrónku,
-polovodičové CCD panel.
44
KAMERA
sú zariadenia meniace opticky vnem na elektronický signál a to analógovým alebo digitálnym spôsobom. Sú známe aj čiastočne riešenia kedy je digitálne spracovaný obraz degradovaný na signál analógový, napr. z dôvodu prenosu signálu. Podľa hlavného transformačného prvku obrazu môžu kamery využívať:
Snímacia elektrónkou - Snímacia elektrónka je jedným z posledných vákuových prvkov používaných v televíznej technike. Činnosť snímacích elektronike je založená na fotoelektrickom jave. Jeho podstatou je schopnosť niektorých látok umiestnených vo vákuu, uvoľniť elektróny pri dopade svetelného toku na fotodiódu a meniť tak žiarenie na elektrický prúd, ktorého veľkosť je úmerná intenzite dopadajúceho svetla. Signálna elektróda ma prednej časti banky naparovanú vrstvu kovu s orientovanou vodivosťou závislou od osvetlenia.
55
Orientovaná vodivosť znamená, že vrstva je povrchovo
nevodivá, môže sa však stať vodivou v priečnom
smere. Na tenkú vrstvu dopadá elektrónový lúč,
vznikajúci v elektrónovej tryske (táto je súčasťou
elektrónovej optiky). Ak svetlo dopadne na
neosvetlené miesto, nestane sa nič. Ak však dopadne
svetlo na miesto, na ktorom je vodivosť zmenená
elektrónovým lúčom vznikne prúd, ktorý je spracovaný
ako obrazový signál, a ďalej sa odvádza odporom.
Elektróka je ešte dovybavená sústavou cievok pre
zaostrovanie, vychyľovanie a korekciu elektrónového
lúča. Vychylovacia cievka odkláňa elektónový lúč tak,
aby na magnetickej ploche vytváral riadkovú osnovu
štvorca s pomerom strán 4:3.
66Snímacia elektrónka typu vidikon (od 60 rokov 20. stor.)
77
Od používania týchto kamier sa s nástupom
polovodičových komponentov upúšťa najmä pre ich
priestorové nároky, citlivosť na mechanické porušenie
(sklenené komponenty), vysokú energetickú náročnosť
a väčšiu citlivosť na tepelné pomery v priestore, kde sa
nachádzajú, a nezabúdajúc na technologickú
zastaranosť.
Ich využitie je ale ešte vhodné v malo osvetlených
priestoroch a pri monitorovaní napr. jadrových
elektrárni (kvôli radiácii je životnosť CCD snímača cca 1
rok!).
88
Polovodičový snímací prvok CCD
Princíp snímacieho prvku s nábojovou väzbou CCD
(charge coupled device) spočíva v tom, že snímacia časť
je tvorená drobnou mozaikou polovodičových
svetlocitlivých buniek CCD, tzv. pixelov. V nich sa
vytvárajú v priebehu polsnímkov elektrické náboje,
úmerné veľkosti osvetlenia. V polsnímkovom
zatemňovacom intervale sa všetky náboje zo snímacej
časti prenesú do zatemňovacej časti. V priebehu
nasledujúceho polsnímku, kedy v snímacej časti
vznikajú nové náboje, presúvajú sa náboje z pamäti po
jednotlivých riadkoch do posuvného registra.
99
Z posuvného registra sa už odvádza obrazový
signál. Tento môže byť buď čiernobiely alebo farebný s
rozkladom na tri základné farby (RGB – Red, Green,
Blue). Hustota pixelov sa s vývojom techniky
a potrebami zákazníka líši, avšak pohybuje sa zväčša od
370 -580 riadkov u čiernobielych a 320 – 460 riadkov
u farebných kamier .
Citlivosť na minimálne osvetlenie čiernobielych
kamier sa pohybuje v rozsahu od 0.04 lx vyššie, u
farebných 0,4 lx.
1010 CCD snímač
1111
Optickú časť kamier tvoria objektívy rôzneho prevedenia. Ohnisková vzdialenosť býva nastaviteľná ručne alebo motoricky. Tak isto aj clona môže byť nastavená pevne, ovládaná ručne alebo automaticky.
Stojany a konzoly pre upevnenie sú rôznorodej konštrukcie. Ich úlohou je bezpečné a pevné uchytenie kamier. Mechanické otočné hlavice umožňujú na základe konštrukcie otočenie kamery horizontálne aj vertikálne. Elektronické otočné hlavice umožňujú motorické otáčanie kamery podľa konštrukcie aj o 360°.
1212
Konštrukcie kamier môžu byť rožne na základe použitej technológie a určenia. Počnúc od klasických, cez otočné hlavice až po miniaturizácie pre skryté použitie alebo integráciu do predmetov (dverové kukátko).
Niektoré výrobky sú kombinované aj s inými
snímačmi napr. s PIR snímačom alebo detektorom
dymu. Medzi kamerové prostriedky môžeme zaradiť aj
„elektronických dverových vrátnikov“, ktorý sa
skladajú z kamerovej časti umiestnenej pri vchode,
zväčša s integrovaným zvončekom a monitorovej časti,
umiestnenej v interiéry väčšinou v kombinácii s
telefónnym slúchadlom.
Medzi doplnky kamier patria aj ochranné kryty,
ktoré chránia kameru pred nepriaznivým prostredím
a neoprávneným manipulovaním.
1313
klasická kamera CCD kamera
„domova kamera“ s 360° otáčaním
1414
kryt kamery kamera s PIR snímačom
mini kamery
1515
kamera v technologickom ochrannom krytechladená médiom
IR kamiery s prídavným
osvetlením LED diódami
1616
domový vrátnik
1717
Kamery sú napájané buď jednosmerným prúdom
z externého zdroja (zväčša 12 V „ss“), striedavým
nízkonapäťovým zdrojom (16- 24 V „st“) , striedavým napätím
230 V alebo napätím po koaxiálnom resp. „kategória 5“ kábli .
Prenos signálu je realizované zväčša koaxiálnym
káblom alebo iným nízkonapäťovým káblom (1V)
určeným pre prenos televízneho signálu. U niektorých
moderných kamier je okrem klasického video výstupu
integrovaný aj výstup pre počítačovú sieť „kategórie
5“. Pri tomto zapojení sa kamera správa ako radové
sieťové zariadenie (ma vlastnú IP adresu ako počítač
a pod.), pričom výrobca k nej dodáva softvér
kompatibilný s platformami Linux a Windows, pričom sa
uvažuje o pripojenie v rámci systému GPRS aj pre
službu WAP.
1818
Kamera schopná pripojenia na počítačovú sieť LAN s rýchlosťou min. 2 Mb/s
1919
Kamery využívajú viditeľný počet bodov 575 x 767
(pri pomere 4:3). Ostatné riadky do počtu 625 slúžia
pre snímkové zatemnenie a rozklad na polsnímky.
Snímok si môžme prestaviť ako jednu informáciu,
ktorá nesie so sebou úroveň jasu (u ČB kamier) alebo
rozloženie farieb (u farebných kamier). Tabuľka 5.1
udáva požiadavku na dátový tok v závislosti od
druhu použitej kamery. Na základe súčasných
možností prenosu digitálneho signálu je nutné
vykonať kompresiu obrazu vhodným štandardom
kompresie dát napr. M-JPEG, MPEG, H261, Wavelet,
MPEG-4.
2020
2121
Výhody digitálnych sieťových kamier
oproti analógovým
1. Odstránenie problémov pri prekladaní polsnímkov a následných
chýb obrazu. Pri analógových kamerách sa z tohto dôvodu
vyskytuje „klasické“ rozmazanie obrazu pri rýchlo sa
pohybujúcich predmetoch. Zároveň pri okamžitej digitalizácii
obrazu odpadá faktor straty kvality pri prenose signálu od
kamery k ďalším zariadeniam.
2. Napojenie cez existujúce počítačové siete (Ethernet, Internet)
a ich rozoznávanie na základe IP adresy. Šetrí to kabeláž, keďže
u analógových kamier bolo nutné prenášať obrazový signál
a ovládanie po oddelených linkách (+ zvuk po ďalšom
oddelenom kábli), vrátane používania špeciálnych káblov pre
jednostranné využitie (koaxiál).
2222
3. Rozlíšenie kamier ma oproti klasickým analógovým ( 0,4
megapixelu) oveľa vyššie hodnoty. To umožňuje lepšie
rozoznávanie detailov a aj efektívnejší digitálny zoom.
4 .Inteligencia kamier umožňuje samostatnú adaptáciu na
podmienky a udalosti v danom prostredí. Ďalšou funkciou je
štandardne zabodovaná detekcia pohybu a ovládanie externých
alarmov. Zároveň systém umožňuje aj zakódovanie obrazu pred
jeho odoslaním z kamery
5. Vzhľadom na jednotnosť prenosu signálu sa stal
bezproblémový aj obojsmerný prenos zvuku (z kamery aj ku
kamere).
6. Nižšia celková nákladovosť systému a „technologická
perspektíva“ použitých zariadení.
2323
Videoprepínač
Je to zariadenie umožňujúce sledovanie signálu
z viacerých kamier na niekoľkých monitoroch.
V pravidelných sekvenciách (1 až 255 sekúnd) sú
prepínane výstupy z jednotlivých kamier, zväčša 4-16
vstupov . Keďže manuálne prepínanie vstupov spôsobuje
krátkodobý výpadok signálu (asynchronita výstupov
signálu z kamier), ďalšou úlohou video prepínača je
zosynchronizovať frekvencie polsnímkou na jednotlivých
kamerách. Potom je prepínanie obrazov plynulé bez
skákania obrazu, ktoré môžeme spôsobiť nefunkčnosť
systému v kritickom momente. Zariadenie ma zväčša min.
2 výstupy na záznamové zariadenie a je schopne každej
kamere priradiť v obraze doplňujúci text (napr. kamera
č.1).
2424
Tieto zariadenia sú schopné registrovať aj poplachové signály
z PSN a automaticky prepnúť (začať záznam) na exponované
miesto (kameru).
Videoswitcher (videoprepínač)
2525
5.4 Spliter, Multiplexer
Spliter je zariadenie združujúce signály z viacerých kamier
a umožňujúce na obrazovke monitoru zobraziť naraz až štyri zábery
rôznych priestorov. Nevýhodou tohto zariadenia je, že takýto spoločný
obraz sa zaznamenáva na záznamovom zariadení (nie je možné záznamy
jednotlivých kamier oddeliť – zväčšiť)
Rozloženie obrazu pri splitery, kvadrátor
2626
Multiplexer je dokonalejšie zariadenie umožňujúce súčasné
sledovanie obrazu z viacerých kamier a jeho následného
záznamu. Do zariadenie vstupujú polsnímky z jednotlivých
kamier, ktoré multplexer skladá za sebou v pravidelnej
postupnosti. Výstup tvorý jeden signál zložený z polsnímkou
jednotlivých kamier. Takto je možné zaznamenať každý záber
v plnej veľkosti a kvalite. Rozloženie polsnímkov zobrazuje
obrázok
1K1 2K1
1K2 2K2
1Kn 2Kn
MULTIPLEXER
1K1 1K2 1Kn
2K1 2K2 2Kn
Rozklad signálu v multiplexery
2727
Polsnímky obsahujú pri vstupe do multiplexeru aj
identifikačný kód vysielaný kamerou a tak je dané
zariadenie schopné rozoznať pôvod signálu príslušne
ho zaradiť do snímkovej fronty.
Kapacita vstupov, ktoré je schopné spracovať jedno
takéto zariadenie je 4 až 48. Pri kombinácii viacerých
multplixerov je možné rozšírenie až na niekoľko stovák
kamier. Pri jednotnej synchronizácii a adresácii kamier
je možný aj prenos signálu z viacerých kamier po
jednom koaxiálnom kábli. Na monitoroch sa s pravidla
volí forma zobrazovania od jednej až po 16 kamier
súčasne.
2828
2929
3030
3131
Videomatrice
Videomatrica je zariadenie, ktoré slúži na distribúciu videosignálu do rôznych častí objektu. Videomatrica má niekoľko videovstupov pre pripojenie kamier a niekoľko videovýstupov pre pripojenie monitorov, pričom pre každý monitor sa dá nakonfigurovať, ktoré kamery sa budú dať na ňom prehliadať. Kamery sa na monitoroch prepínajú pomocou klávesníc, ktoré sú s videomatricou prepojené komunikačnou zbernicou. Pomocou takejto zbernice môže byť vzájomne prepojených viac matríc. Zariadenie ma integrovanú aj registráciu poplachu a ovládanie záznamových zariadení ako ja popis kamier, prepojenie na počítač, tlačiareň a diaľkové prenosové zariadenia. Umožňuje posielanie poplachových správ, času/dátumu a inštrukcií pre obsluhu. Môže byť použitý ako hlavný alebo lokálny video systém vo veľkých systémoch s viac ako 1000 kamerovými vstupmi.
3232
Videomatrica s integrovaným ovládacím panelom vpredu
3333
Video zosilňovač –rozbočovač
V inštaláciách systému PTV je často potrebné použiť rovnaký
video signál na rôzne účely. Napr. signál z kamery je potrebné
priviesť na jednu alebo viac videomatríc a na jeden príp. viac
kvadrátorov v rovnakom čase. Ak je ale potrebná vysoká kvalita
úrovne signálu, tak potom je potrebné použiť distribučný
videozosilňovač. Zariadenie indikuje výpadok, resp. stratu kvality
signálu, asinchronitu kamier a výpadok napájania kamery.
Rozbočovače
3434
Monitory
Sú to klasické výstupové zariadenia pre zobrazovanie
televízneho signálu. Vyrábajú sa v rôznych vyhotoveniach pričom
sa odlišujú rozmerom, tvarom, použitím zobrazovacej jednotky
(farebná alebo čiernobiela obrazovka), a riešeniami pripojenia
iných zariadení (koncovkami pre vstup/výstup signálu signálu).
Rozlíšenie je väčšie ako u kamier (cca 800 riadkov u ČB a do 550
riadkov u farebných kamier) Alternatívou sú aj LCD monitory ale
v obmedzenej miere.
3535
Pozorovacia vzdialenosť monitorov
3636
3737
Záznamové zariadenia
Ako záznamové zariadenia sa v súčasnosti používajú
videorekordéry s magnetickým záznamom. Signál je s určitou
frekvenciou snímkou zaznamenávaný (plynulí obraz), pričom
alternatívou je snímkové nahrávanie. Ak je ešte aj rýchlosť záznamu
obmedzovaná – vtedy hovoríme o pomalobežnom zázname (až 240
hodín). Aktivácia záznamu je možná aj časovým alebo poplachovým
zopnutím. Medzi doplnky dodávané výrobcom patria karta pre
pripojenie PC a diaľkové ovládanie.
S-VHS rekordér
3838
Okrem mechanického záznamu na elektromagnetický pás sa
v súčasnosti používajú už aj digitálne záznamníky, kde
záznamovým médiom je počítačový harddisk. Ten sa rozdeľuje na
záznamové stopy a jednu poplachovú stopu (pre prípad
okamžitého záznamu). Takéto zariadenia sú zväčša konštruované
tak, že je možne do nich napojiť priamo niekoľko kamier (nie aj
potrebný spliter/multplexer). Hlavnou výhodou je, že umožňujú
súčasné nahrávanie a prezeranie záznamu. Majú niekoľko
výstupov na monitor a integrovanú autodetekciu poruchy kamery.
Digitálny záznamník
3939
Sú realizované vo forme zostavy zabudovateľnej do
klasického PC (PC interface), vylepšenou zostavou PC
podľa požiadaviek CCTV systémov (hardvérové
zariadenie na báze PC), alebo profesionálneho
zariadenia (hardvérové zriadenie) od výrobcov CCTV
systémov.
4040
4141
Videoalarmy
Sú to video systémy schopné spozorovať
a analyzovať pohyb v priestore na základe televízneho
signálu z kamery. V priestore sú označené vybraté
zóny, na pohyb v ktorých systém reaguje podľa
nastavenia. Je možné zadať veľkosť a polohu
monitorovanej zóny, citlivosť, počet narušení za
časovú jednotku (ako pri PIR) a minimálnu veľkosť
identifikovaného predmetu. Zväčša sa používajú pri
vonkajšej ochrane rozsiahlych plôch ako sú dvory
a pod.
4242
Prenos video signálu
Prenos signálu je možný po metalických okruhoch, optických vláknach alebo bezdrôtovo.
Koaxiálny kábel – vedie obrazový signál pričom dochádza k úbytku signálu a tým aj zhoršeniu kvality. Pri nevyužití rôznych zariadení (videozosilovače ,videomatrice) je možné realizovať prepojenia od kamery k monitoru na niekoľko 100 metrov. Pri využití korekčných videozosilovčov je možné viesť signál na niekoľko kilometrov. Kábel by mal byť tienený a koncovky zalisované. Pre prenos viacerých signálov po 1 kábli sa používa modulácia v pásme 30 -300 MHz.
4343
Symetrické vedenie – pre prenos signálu sa používa
točený 2 párový kábel alebo jeden pár viacžilového
káblu. Pripojenie neumožňuje priame spojenie
kamery a monitoru. Do obvodu sa zapája prevádzač
za kameru a prijímač pred monitor. Výhodou riešenia
je väčšia odolnosť signálu voči vonkajším vplyvom.
Nevýhodou je nutnosť vhodnej kabeláže a potreba
zložitého nastavenia za pomoci elektronických
prístrojov. Prenos je možný na niekoľko kilometrov,
pri využití videozosilovačov aj niekoľko desiatok km.
4444
Bezdrôtové spojenie – využíva frekvencie
s generálnymi licenciami od cca 10,3 MHz do
1,574 GHz. Možno sem zaradiť aj prenos signálu
modulovaným laserovým lúčom. Používa sa zväčša
na mestské kamerové systémy a premostenie
signálu cez diaľnice, železnicu alebo vodné toky.
4545
Optické vedenie – sa objavuje ako výstup na nových
kamerách ku ktorým je potom nutne na druhej strane
doplniť prevodník. Dĺžka prenosu bez zosilňovačov je
možné až na 4 km, profesionálne prenosové súpravy
sú schopné preniesť signál až na 100 km bez
zosilnenia. V trase je možné prenášať aj viacero
signálov obrazu a zvuku naraz resp. protismerné
ovládacie informácie pre pohyb kamery. Systém je
odolný voči elektromagnetickým vplyvom a
„odposluchu“. Nevýhodou je vysoká cena a odborná
náročnosť na realizáciu.
4646
Prenos digitálneho signálu – je možný až po
kompresii signálu vhodným kódovaním. Napr. pri
plnohodnotnom prenose farebného videosignálu
s 10 bitovou hĺbkou jasu a farebnosťou bez
kompresie by sme potrebovali spojenie s kapacitou
8,8 Mbit/snímok x 25 polsnímkov za sekundu = 220
Mbit/s. Z tohto dôvodu je prenos spojitého signálu
pri slabších pripojeniach možný pri degradácii
kvality signálu.
4747
Počítačové systémy CCTV
Tieto systémy sú založené na princípe softvérového
spracovania, analyzovania, pozorovania a archivácie
televízneho signálu z kamier. Inštalované sú na
počítačoch, ktoré musia spĺňať základné hardvérové
a softvérové požiadavky udané výrobcom systému.
Systém je určený do počítača a tvorí ho PCI karta so
16 BNC výstupmi pre kamery a software. Umožňuje
monitorovanie diania na monitore PC, zaznamenávanie
obrazu z jednotlivých kamier a prehrávanie
zaznamenaných udalostí. Monitorovanie a prehrávanie
je možné vykonávať aj diaľkovo pomocou LAN
počítačovej siete alebo cez telefónnu linku (ISDN,
DSL .... ).
4848
Systém je určený pre Win98/2000/XP, z čoho vyplýva
jeho jednoduchosť ovládania a kompatibilita.
Výhodou je možnosť vybrať si druh nahrávania
z jednotlivých kamier (podľa času a potreby –
nepretržité, len pri zaznamenaní pohybu, čím sa šetrí
priestor na disku, manuálne) a prehľadné
prehrávanie zaznamenaných udalostí podľa čísla
kamery, dátumu a času.
4949
Pripojenie kamier na PC cez koncovky BCN
PCI karta užívateľky prístup do programu (meno+heslo)
5050
Zaznamenané udalosti je možné prehľadne prezerať v kalendári. Zaznamenané udalosti sú označené modrou farbou.
5151
5252
Systém je schopný posielať video signál aj zvoleným diaľkovým spôsobom (LAN, ISDN).
5353
5454
Systém používa špeciálne nahrávanie dát pomocou Imageboxov.
Aplikácia zálohuje dáta iba na fyzické disky nachádzajúce sa
v počítači (nepodporuje CD-RW – zápis na preisovatelné CD).
Systém ponúka možnosť zálohovať len určité imageboxy, alebo
automatickú archiváciu všetkých imageboxov.
Ich spätné prehrávanie je možné individuálne alebo hromadne (4
záznamy naraz).
5555
Systém umožňuje nasledujúce spôsoby nahrávania :
nepretržité nahrávanie.
nahrávania v režime ‘Motion’ (pri detekcii pohybu vo vybraných zónach, ktoré vopred označíme -videoalarmy)
nahrávania v režime ‘Sensor’ (pri detekcii snímačmi pohybu, ktoré môžeme do systému napojiť)
manuálne nahrávanie.