Kamerové systémy - Fungovanie, Rozdelenie
Ak sa neviete zorientovať v problematike fungovania a rozdelenia kamerových systémov tak v tomto článku sa Vám pokúsime popísať hlavné prinícpy fungovania kamerových systémov, ich rozdelenie, výhody a nevýhody jednotlivých systémov.
Kamerové systémy sú jednou z foriem ochrany majetku a osôb. Umožňujú kontrolu a monitorovanie oblasti stráženého priestoru a taktiež zaisťujú prenos týchto informácií na stanovište obsluhy, kde je zhotovený záznam spracovaný.
Rozdelenie kamerových systémov a ich základný princíp fungovania
Kamerové systémy môžeme rozdeliť do týchto základných skupín:
1. CCTV kamery (analogové)
2. IP
Označenie CCTV (Close Circuit TeleVision) v preklade znamená „uzatvorené televízne okruhy“, jedná sa o označenie analógových kamerových systémov. V Slovenskej republike sa niekedy používa označenie CCTV pre kamerové systémy všeobecne.
Jednotlivé skupiny budú podrobnejšie popísané v jednotlivých kapitolách. Princíp fungovania kamerového systému je u analógových a IP systémov podobný. Zmeny sú len v použitých technológiách a prenosových médiách. Princíp je zobrazený na obrázku nižšie.
Na schéme je systém rozdelený do štyroch úrovní. V prvej sú samostatné kamery. Druhá zobrazuje prenosové médium medzi kamerou a záznamovým zariadením. U analógových systémov ide o koaxiálny kábel, u IP systémov je signál prenášaný cez sieť LAN. Ďalším prenosovým médiom môže byť rádiový prenos. Záznamové zariadenie signál spracováva a výstupom môže byť obraz na pripojenom zobrazovacom zariadení, alebo je signál posielaný do siete LAN, kde sa k náhľadom dostaneme z jednotlivých počítačov v sieti. Prenos zo siete LAN môže byť ďalej posielaný na podporované mobilné zariadenie.
Rozlíšenie kamier
Každá kamera pracuje v určitom rozlíšení, ktoré je dane štvorcom počtu horizontálnych a vertikálnych bodov. Toto rozlíšenie je dane snímacím prvkom kamery. Pri záznamových zariadeniach je tato informácia taktiež dôležitá, hovorí nám v akej kvalite bude záznam uložený alebo zobrazený. Nižšie na obrázku sú zobrazené niektoré používané formáty:
Analógové kamerové systémy
Analógové kamerové systémy sú zatiaľ najviac používaným typom kamerových systémov. Hlavným dôvodom je samozrejme cena a taktiež dostačujúca kvalita obrazu pre niektoré základné aplikácie. Ďalšou veľkou výhodou je veľmi nízka poruchovosť a jednoduchosť celého systému.
Analógový systém, sa skladá z kamery, ktorá je spojená so záznamovým zariadením pomocou koaxiálneho kábla. Záznamové zariadenie sa označuje skratkou DVR. Toto zariadenie je možné pripojiť do siete LAN a pomocou programu či webového prehliadača k nemu vzdialene pristupovať. Teraz si v skratke preberieme jednotlivé komponenty:
Analógové kamery
Analógové kamery používajú pre prenos podobnú technológiu, ako sa používa pri prenose televízneho obrazu. Vďaka tejto technológií sú niektoré funkcie a kvalitatívne prvky obmedzené. Analógové systémy majú väčšinou rozlíšenie do 0,4 MPix a používajú snímacie prvky typu CCD. Väčšinou sa, ale udáva informácia v tzv. TV riadkoch. Dnes sa vyrábajú kamery od 420 do 700 riadkov. Dôležitou informáciou je, či kamera toto riadkovanie dosahuje v čiernobielom režime alebo farebnom. Analógové kamery majú väčšiu citlivosť než IP kamery.
Kabeláž a napájanie kamier
Ako už bolo napísané signál z kamery do záznamového zariadenia ide po koaxiálnom kábli. Používa sa 75Ohmový typ. Napájanie kamier je riešené zvlášť, pomocou dvojlinky. Každá kamera môže mať svoj zdroj, alebo sa používa riešenie pomocou jedného zdroja pre všetky kamery. Pre toto riešenie je vhodné použiť kabeláž, ktorá obsahuje v jednom zväzku koaxiálny kábel, ako aj napájaciu linku.
Záznamové zariadenie
Záznamové zariadenia pri systémoch CCTV sa obvykle označuje skratkou DVR rekordéry. Výrobcovia tieto systémy vyrábajú v určitých triedach, ktoré sú dané počtom pripojených kamier. Existujú systémy pre pripojenie 2, 4, 8 a 16, 24 kamier a taktiež kvality a doby nahrávania volíme veľkosť úložného miesta. V dnešnej dobe sú to väčšinou špeciálne harddisky určené pre kamerové systémy, ktoré sú prispôsobené k nepretržitému ukladaniu dát. Systém DVR má väčšinou výstupy na pripojenie monitora, alebo priamo do siete LAN. Pomocou monitora môžeme nahliadať priamo na jednotlivé kamery alebo prehrávať záznam. Ďalšou variantou je sledovanie týchto informácií priamo cez počítače, ktoré so systémom DVR komunikujú cez sieť pomocou programu, alebo webovej aplikácie. Rovnakým spôsobom môžete so systémom DVR komunikovať i s patrične vybaveným mobilným telefónom.
HD SDI systémy
HD SDI je systém pracujúci s rozlíšením FULL HD alebo HD vo formáte 16:9 pri použití technológií analógových systémov – prenos cez koaxiálny kábel. Vďaka prenosu na vysokých frekvenciách je maximálna vzdialenosť ovplyvnená útlmom, kvalitou kábla, doporučuje sa maximálna vzdialenosť medzi kamerou a DVR 100m. Tieto špeciálne kamery vyžadujú taktiež zariadenie DVR, ktoré tieto funkcie podporuje.
HDCVI systémy
HDCVI je nový systém pracujúci podobne ako HD SDI s Full HD rozlíšením. Výhodou tohto systému je obojsmerná komunikácia medzi kamerou a DVR, možnosť používania PZT kamier ovládaných len cez nainštalovaný koaxiálny kábel a hlavne možnosť inštalovať kamery na koaxiálny kábel dlhý až 500m.
IP kamerové systémy
Ide o novšie zariadenia a modernejšiu variantu kamerového systému. Systém využíva ako prenosové médium medzi kamerami a záznamovým zariadením počítačovú IP sieť. Každé zariadenie má svoje IP rozhranie, pomocou ktorého komunikuje s ostatnými prvkami siete. Veľkou výhodou je možnosť použitia už prítomnej počítačovej siete, na ktorej môžu fungovať aj iné služby. Toto riešenie sa ale neodporúča. Dôvodom je veľký objem dát, ktoré kamera vysiela. Celý systém môže byť vďaka takému riešeniu veľmi pomalý. Omnoho elegantnejšie riešenie je mať kamery zapojené vo vlastnej kamerovej IP sieti a len výstup zo záznamového zariadenia mať pripojený do počítačovej IP siete .
IP kamery
IP kamery používajú pre komunikáciu s ostatnými prvkami počítačovú IP sieť. Preto môžu byť umiestnené takmer kdekoľvek v sieti, kde sa k ním užívateľ dokáže pomocou IP komunikácie pripojiť. Vyrábajú sa s rôznymi snímacími prvkami, ktoré dávajú rozlíšenie od veľmi nízkeho rozlíšenia CIF až po 8MPix. Dnes sú najviac rozšírené kamery s rozlíšením 1.3 MPix. V IP kamerách sa väčšinou používa snímací prvok typu CMOS, majú menšiu citlivosť než analógové kamery , vyvažujú to väčším rozlíšením.
Kabeláž a napájanie kamier
Kabeláž je prevádzaná pomocou káblov UTP, STP. Odporúča sa používať káble STP v kategórii 6. Opäť záleží na okolnostiach použitia. Väčšina IP kamier je dnes napájaná cez ethernet, tzv. PoE. Ide o technológiu, kedy sa po jednom páre prenáša aj napájanie kamier. Ako zdroj slúžia PoE injektory alebo PoE switche.
Záznamové zariadenie
Princípom je záznamové zariadenie pre IP kamery veľmi podobné tomu analógovému. Tieto zariadenia sú označované skratkou NVR rekordéry.
Rozdelenie kamier
Samotné kamery môžeme rozdeliť do niekoľkých skupín bez ohľadu na použitú technológiu. Hlavným kritériom je, či sa bude kamera používať vo vnútorných priestoroch, alebo vonku. Nižšie sú popísané základné typy kamier.
Doskové kamery
Jedná sa o kameru, ktorá neobsahuje žiadny kryt, v podstate ide o plošný spoj, z ktorého sú vyvedené jednotlivé konektory pre pripojenie napájania, vývod pre signál atď.. Objektívy sú buď priamo súčasťou, alebo sa dajú pripojiť na dosku. Tieto kamery sa obvykle emiestňujú do vnútorných alebo vonkajších krytov.
Kompatibilné kamery
Jedná sa o kameru, ktorá už je od výroby umiestnená v kryte. Väčšinou sa dodáva bez objektívu, ktorý sa montuje do pätice. Pripevňuje sa pomocou držiaka s kĺbom. Niekedy sa tento typ nazýva aj box kamera.
Kompaktné exteriérové kamery
Jedná sa opäť o kameru umiestnenú v boxe, tento krát prispôsobená na použitie vo vonkajšom prostredí, bez nutnosti použitia ďalšieho krytu. Obvykle tieto kamery obsahujú aj IR prisvietenie pre osvetlenie určitého priestoru pred kamerou.
Dome kamera
Jedná sa o kameru umiestnenú v špeciálnom polkruhovom kryte. Kamery sa vyrábajú v exteriérovom aj interiérovom prevedení. Existujú i špeciálne pohyblivé kamery, kamera sa v kryte natáča do všetkých smerov, označujú sa názvom SPEED DOME.
Objektív
Objektív je neoddeliteľnou súčasťou kamery. Exitujú kamery, v ktorých sú objektívy pevnou súčasťou kamery a ďalšiu skupinu tvoria kamery s výmenným objektívom, ktorý sa volí podľa účelu, priestoru, ktorá ma kamera snímať. Objektív ma niekoľko dôležitých parametrov, ktoré ovplyvňujú výsledný obraz. Prvým z nich je ohnisková vzdialenosť. Čím je hodnota ohniskovej vzdialenosti väčšia, tým užši ma kamera pozorovací uhol, ale zároveň viac približuje. Ďalším parametrom je svetelnosť objektívu. Čím je väčšia, o to lepšie kamera vidí hlavne v znížených svetelných podmienkach. Pradoxne značenie svetelnosti je obrátené. Vyššia svetelnosť, menšie udávane číslo. Posledným nemenej dôležitým parametrom je veľkosť snímača, štandardné veľkosti sú 1/3“, ½“, ¼“ ai. Veľkosť čipu je dôležitá práve v spojitosti s ohniskovou vzdialenosťou. Pre každú veľkosť čipu je inak stanovená ohnisková vzdialenosť. Na celú túto problematiku existujú na internete špeciálne výpočtové programy, ktoré vám pomôžu vybrať správny objektív. Dôležitým parametrom je taktiež prevedenie objektívov. Je nutné zistiť, akú variantu podporuje vaša kamera.
CS-mount – normalizovaná vzdialenosť 12.5v26 mm snímacieho prvku od roviny objektívu.
C-mount – normalizovaná vzdialenosť 17.52 mm snímacieho prvku od roviny objektívu.
Skratky používané v kamerových systémoch
Pri výbere kamerového systému sa v rôznych ponukách stretávame s nespočetným počtom rôznych skratiek, ktoré daný systém špecifikujú. Mnoho pojmov sa používa i u domácich kamier či fotoaparátov. Nižšie sú jednotlivé skratky stručne vysvetlené:
AE, AES - automatické riadenie expozície. Elektronická clona sa napr. automaticky stiahne v prípade priveľmi intenzívneho svetla.
AF - automatické zaostrenie objektívu.
AGC - automatické nastavenie zosilnenia. Elektronický obvod, udržujúci konštantnú úroveň výstupného signálu. Používa sa predovšetkým v kamerách pri nízkej úrovni osvetlenia - automaticky zväčšuje zosilnenie a tým aj citlivosť kamery. Typické hodnoty sú 12-20dB, tzn. zosilnenie sa zväčší približne 4x - 10x, väčšinou na úkor odstupu signál/šum.
AI - automatické riadenie clony objektívu. Pri objektívoch s automatickou clonou je clona automaticky otváraná a zatváraná na základe úrovne osvetlenia snímanej scény.
ALC - automatické riadenie úrovne. Pri objektívoch s automaticky riadenou clonou (AI) udržuje v širokom rozsahu osvetlenie scény.
AWB, AWC - automatické vyváženie bielej.
BLC - kompenzácia vplyvu protisvetla. Je to funkcia CCD kamier.
BW - čiernobiely obraz.
CCD - polovodičový svetlo citlivý snímací prvok s nábojovo viazanou štruktúrou, ktorá prevádza optický signál na elektrický prúd. Používa sa na snímanie obrazu pri väčšine profesionálnych kamier. Vyrába sa v rôznych veľkostiach nesprávne označovaných ako formáty 1“, 2/3“, ½“, 1/3“, ¼“ a 1/8“. Inou alternatívou sú čipy CMOS.
CMOS - technológia výroby integrovaných obvodov, v kamerách sa využíva ako snímací prvok, ktorý prevádza optický signál na elektrický.
DC drive - jeden z typov riadenej clony objektívov pomocou jednosmerného napätia z kamery. Oproti systému VIDEO je rýchlejší.
DSP - analógový signál je prevádzaný do digitálneho, následne je upravený a späť prevedený na analógový.
EI, ES, ELC, ESC - elektronická regulácia množstva akumulovaného náboja expozičnou dobou priamo na CCD snímacieho prvku.
GC - Gamma korekcia
IR - označenie prísvitu v IR spektre. Využíva sa hlavne pri sťažených vizuálnych podmienkach.
PH - označenie malých dierkových objektívov, ktoré sa väčšinou používajú v miniatúrnych, alebo skrytých, alebo niektorých doskových kamier.
VIDEO drive - jeden z typov riadenej clony objektívov pomocou videosignálu.
WDR - (wide dinamic contrast) -funkcia kamery, kde vďaka zvýšenému svetelnému rozsahu, dokáže kamera lepšie zobraziť tmavé a naopak svetle scény v obraze. Väčší rozsah je dosiahnutý zachytením obrazu s väčším dynamickým rozsahom a následným mapovaním tónu sú nepotrebné úrovne tónu odstránené.
(wide dinamic capture) - funkcia kamery, kde je lepšie zobrazenie kontrastných scén vyriešené pomocou rýchleho nasnímania s rôznou úrovňou expozície pre jednotlivé snímky. Následne sa spoja a prebehne odstránenie nepotrebných úrovni tónov. Výsledný obraz je oveľa kvalitnejší ako pri technológii wide dinamic contrast.
VMD - detekcia pohybu v obraze.
Návrh systému CCTV
Pri návrhu inštalácie kamerového systému je nutné brať do úvahy nasledujúce kritéria zohľadňujúce tieto požiadavky:
- Určenie zón alebo objektov, ktoré budú predmetom sledovania
- Určenie počtu a rozmiestnenia kamier potrebných k monitorovaniu vymedzených zón nebo objektov.
- Vyhodnotenie úrovne osvetlenia a prevedenia nového alebo prídavného osvetlenia
- Voľba kamier a ich vybavenia v závislosti na prevádzkových podmienkach
- Prepojenie - spôsob prenosu signálu
- Napájanie a prípadné zálohovanie
- Konfigurácia riadiaceho pracoviska
- Ukladanie a zálohovanie obrazu
- Určenie spôsobu údržby
