Проектирование систем безопасности

ВСОТ, в основном, применяются камеры черно-белого изображения. Это объясняется тем, что они значительно дешевле цветных и работают с более дешевым оборудованием, имеют более высокие разрешение и чувствительность, не предъявляют жестких требований к источнику питания. Цветные камеры устанавливаются, главным образом, в тех местах, где требуется различать цвет объекта (например, автомобиля), т.е. на автостоянках, автозаправочных станциях и т.п.

В зависимости от требований, предъявляемых к системе, камеры могут оснащаться различными устройствами: объективами, защитными или декоративными кожухами, термостатами, кронштейнами, поворотными устройствами и т.п.

Объектив – это устройство, формирующее изображение объекта в плоскости ПЗС-матрицы. Очевидно, что без объектива телевизионная камера работать не может. Объектив, как отмечалось выше, может быть встроенным в камеру или сменным. Подбирая объективы к камере, надо иметь в виду, что обычно они рассчитываются на ПЗС-матрицу определенного формата.

Правильный выбор объектива можно осуществить, руководствуясь следующими характеристиками:

1. Фокусное расстояние f(мм) – характеризует величину угла зрения при определенном оптическом формате камеры. Чем меньше фокусное расстояние, тем больший угол зрения наблюдаемого пространства можно получить и наоборот. Однако при очень больших углах зрения (порядка 90-120° и более) довольно сложно, а порой и невозможно рассмотреть детали картины. Наиболее приемлемым для оператора является угол зрения 60-70°, так как получаемое при этом изображение хорошо согласуется с характеристиками человеческого зрения. Объективы с большим фокусным расстоянием используются, когда требуется получить четкое изображение мелких деталей.
2. Трансфокатор – устройство, позволяющее изменять фокусное расстояние в широких пределах (ZOOM-функция). Объективы, снабженные трансфокаторами, называются вариообъективами. Фокусное расстояние может изменяться вручную либо путем сервоуправления. Вариообъективы, ввиду их большой стоимости применяются только в тех случаях, когда необходимо быстро увеличить изображение мелкой детали (например, идентификации личности).
3. Относительное отверстие F – определяет освещенность на ПЗС-матрице. В технической документации на телекамеру иногда указывается ее чувствительность при относительном отверстии объектива, с которым она используется (по умолчанию F=1,4).
4. Возможность регулирования диафрагмы. Различают объективы с ручным управлением диафрагмой и с автодиафрагмой. Объективы с автодиафрагмой позволяют получить качественное изображение, как при ярком солнце, так и при низкой освещенности и применяются в тех случаях, когда освещенность объекта в течение периода наблюдения может меняться в широких пределах либо не исключены полностью прямые засветки камеры. В системах обычного класса удовлетворительный результат можно получить, применяя объективы с постоянной диафрагмой и камеры с электронным затвором, что значительно дешевле.

По конструктивному признаку телевизионные камеры можно подразделить на корпусные и бескорпусные. Бескорпусные камеры имеют значительно меньшие габариты и стоимость по сравнению с камерами в корпусе и предназначены для систем скрытого наблюдения. Камеры для открытого внутреннего наблюдения размещаются в защитных корпусах (кожухах), которые имеют разную форму (сфера, полусфера и т.д.), габариты, конструкцию крепления (потолочная, настенная, угловая), и позволяют выбрать оформление, наиболее подходящее к конкретному интерьеру. Камеры для использования на открытом воздухе помещаются в защитные кожухи, оборудованные подогревом – термокожухи. Термокожухи предназначены для работы в широком диапазоне климатических условий и позволяют использовать различные комбинации телевизионных камер и объективов. Кожух снабжен солнцезащитным козырьком (либо фильтром), платой для установки камеры, термостатом и коммутационной панелью. Некоторые термокожухи имеют дополнительное оборудование – вентиляторы, дворники, омыватели стекла. Следует отметить, что импортные нагреватели не всегда отвечают нашим климатическим условиям и не рассчитаны на сильные морозы.

Поворотные устройства предназначены для телекамер с дистанционным управлением. Они обеспечивают поворот в горизонтальной (до ±365°) и в вертикальной (до ±183°) плоскостях, либо только в горизонтальной. Различают поворотные устройства с постоянной и с регулируемой угловой скоростью перемещения. Сигналы управления камерами преобразуются в заданные механические перемещения с помощью приемников телеметрических сигналов управления.

Как правило, вместе с поворотными устройствами поставляются пульты управления, с которых можно манипулировать также трансфокаторами объективов, если требуется получить укрупненное изображение.

Для обеспечения работоспособности камеры в полной темноте используются устройства местной ИК-подсветки и ИК-прожекторы, осуществляющие облучение наблюдаемого объекта инфракрасными лучами. Однако эти устройства дают небольшой угол подсветки, что не позволяет качественно контролировать всю зону. Кроме этого, ИК-прожекторы достаточно дороги.

Кронштейны (см.рис. 3.18) служат для крепления камер к стенам, панелям и другим несущим конструкциям и позволяют точно ориентировать поле зрения камеры в нужном направлении. Различают кронштейны для горизонтальной поверхности, для вертикальной поверхности, телескопические и т.п. Исполнение кронштейнов определяется, главным образом, эстетическими требованиями и нагрузкой: на кронштейнах для внутреннего применения крепятся камеры весом в несколько сот граммов, на кронштейнах для уличного применения – в несколько килограммов.

Рисунок 3.18–внешний вид ТК с кронштейном

После описания основных параметров телекамер следует перейти непосредственно к выбору конкретных устройств. Каждая телекамера в этом проекте выполняет определенную функцию, поэтому каждой точке установки соответствует свое устройство.

Видеокамеры уличного наблюдения

Геометрические размеры зоны наблюдения при охране периметра (т.П1 и П2) самые большие для этого проекта, следовательно, необходимо выбирать камеры с большим углом обзора. Возможно применение камер с меньшими углами зрения, устанавливаемые на поворотных устройствах, что улучшает качество изображения и различимость объектов. Но в данном случае не требуется идентификация личности, важно просто заметить наличие людей в данной зоне, с чем неплохо справится стандартная черно-белая камера.

Освещенность наблюдаемого объекта может быть различной и, кроме этого, может изменяться произвольным образом. Она зависит от времени суток, погоды, прозрачности воздуха. Поэтому при выборе камеры важно знать такие параметры объекта, как минимальная освещенность и диапазон изменения освещенностей. Исходя из значения минимальной освещенности, выбирают камеру с соответствующей чувствительностью. Однако здесь могут возникнуть сложности, вызванные тем, что приводимая в паспорте на камеру характеристика "чувствительность" трактуется неоднозначно. Во-первых, может быть приведена освещенность, при которой камера дает "приемлемое" изображение либо нормальное изображение. Эти значения могут отличаться в 2-4 раза. Во-вторых, ряд фирм проводят измерения без специального фильтра ИК-отсечки, что завышает чувствительность камеры. И, наконец, в одних случаях приводится освещенность на объекте Еоб, а в других – на ПЗС-матрице Ематр. Эти величины связаны между собой выражением:

 

где R–коэффициент отражения объекта;

F – относительное отверстие объектива;

π = 3,14159…

Разница между этими величинами существенная: первая может превышать вторую в 10 раз.

Такая неоднозначность может привести к серьезной ошибке при выборе камеры, поэтому перед приобретением камеры необходимо выяснить, какая из величин указана в документации на нее, а более правильное решение – получить подробную консультацию у специалиста.

Следует отметить, что освещенность объекта сильно влияет на разрешение, поэтому для объектов с очень низкой освещенностью следует выбирать камеры с повышенными чувствительностью и разрешающей способностью. Кроме этого, камеры, устанавливаемые на таких объектах, должны иметь АРУ, которая обеспечивает работоспособность камеры при малой освещенности. Применять сверхвысокочувствительные камеры, представляющие собой комбинацию обычной камеры и прибора ночного видения и имеющие чувствительность в 100-10000 раз выше обычных, следует с большой осторожностью (а лучше отказаться от них) из-за высокой цены, низкой надежности и очень сложной и неудобной эксплуатации. В частности, их нельзя применять днем (и рекомендуется даже закрывать их объектив в дневное время), регулярно чуть-чуть поворачивать во избежание "вжигания" изображения, для чего необходимо применять специальные двухкоординатные устройства управления и т.п.

В таблице 3.2 и 3.3 приведены примерные значения освещенности на объекте для средней полосы России и отражательная способность некоторых объектов.

 

Таблица 3.2 – Средние значения освещенности на объекте

Освещенность в помещении, лк		Освещенность на улице, лк
Склад	20-75	Яркий солнечный полдень	100000-1000000
Коридор,   лестница	30-200	Пасмурный день	100-10000
Магазин	75-300	Сумерки	1-10
Офис	200-500	Полная луна	0,1-1
Светлая комната	100-1000	Безлунная ночь	0,0001-0,001

 

 

 

Таблица 3.3 – Средние значения отражательной способности некоторых объектов

Объект	Коэффициент отражения, %
Пустой чистый асфальт	5-10
Трава, кусты, деревья	20-25
Красный кирпич	35-40
Автомобиль	40-50
Стекло	70-80
Белая краска	55-75
Снежный покров	65-85

Еще одним способом обеспечить работоспособность камеры в условиях недостаточной освещенности на объекте является организация дежурного освещения. Самым простым и доступным является обычное освещение, которое при оснащении специальными устройствами (реле времени, фотоэлементами, охранными извещателями, реагирующими на перемещение) может включаться и выключаться по расписанию, по уровню освещенности или при приближении человека. Кроме обычного освещения для подсветки объектов используют устройства местной ИК-подсветки и ИК-прожекторы. Однако применение последних, несмотря на ряд несомненных достоинств (высокая надежность и большой коэффициент полезного действия (КПД), полное отсутствие видимого света, обеспечение подсветки объектов, удаленных на значительное расстояние), ограничено рядом факторов. Во-первых, они очень дороги. Во-вторых, должны давать такой же угол засветки, что и угол зрения камеры, для чего прожектор приходится устанавливать на то же поворотное устройство, что и камеру, а, например, 500-ваттный прожектор для наружной установки весит около 10 кг. Кроме этого, его нельзя устанавливать в один кожух с камерой.

Как правило, при выборе камер для наружного наблюдения необходимо учитывать диапазон изменения освещенности. Для этих целей в системах обычного применения выбирают камеры с электронным затвором или электронной диафрагмой, позволяющими компенсировать 1000- или даже 2000-кратные превышения освещенности (диапазон регулирования 1/50-1/50000 или 1/50-1/100000), а в системах высшего и среднего классов используют объективы с автодиафрагмой и встроенным фильтром с центральным пятном (так называемым Spot-фильтром).

Важную роль в обеспечении нормальной работы камеры играет выбор места установки камеры на объекте. При этом нужно обратить внимание на два момента:

1. Во-первых, следует, по возможности, исключить засветки объектива прямым или отраженным солнечным светом либо мощными источниками искусственного освещения, например, прожекторами.
2. И, во-вторых, нужно ориентировать камеру таким образом, чтобы в поле зрения попадали все уязвимые места (окна, двери, люки и т.п.), а размеры непросматриваемой зоны не позволяли нарушителю, проникнуть через нее.

Для того чтобы избежать засветок, рекомендуется:

• предусмотреть защиту от прямых солнечных лучей (использовать корпус или кожух с защитными козырьком и фильтром);
• устанавливать камеру на потолке либо на стене или в углу с наклоном ее вниз;
• не направлять камеру на блестящие, хорошо отражающие свет предметы (зеркала, лужи и т.п.), окна и наружные двери.

Размер непросматриваемой камерой зоны L (см. рис. 3.19) можно определить как:

,

 

где α – угол зрения камеры в вертикальной плоскости;

β – угол между оптической осью камеры и вертикалью.

Рисунок 3.19 –Непросматриваемая камерой зона

Если не удается уменьшить размеры непросматриваемой зоны до такой степени, чтобы в ней не мог перемещаться человек, камеру следует устанавливать в таком месте, чтобы в эту зону не попадали уязвимые места – окна, двери и т.п. (см.рис. 3.20). Кроме этого, при размещении камеры нужно стремиться к тому, чтобы длина питающих и сигнальных кабелей была минимальной.

Рисунок 3.20 – Оптимальное расположение видеокамеры

Камеры для наружного наблюдения работают в сложных условиях. Широкий диапазон изменения освещенности, температуры и влажности окружающего воздуха, дождь, снег, туман, ветер оказывают чрезвычайно неблагоприятное воздействие на работу камеры, аппаратуры телеметрии, поворотных устройств и кронштейнов. Поэтому уличная камера всегда размещается в герметичном кожухе, имеющем термостат и солнцезащитный козырек, иногда – вентилятор, очистители стекла и т.п.. Кронштейны имеют усиленную конструкцию, так как вес камеры в термокожухе вместе с поворотным устройством и, иногда, ИК-прожектором достигает 20-30 кг, и, кроме этого, должны выдерживать ветровые нагрузки, обледенение и т.п. Все устройства оснащения камер для наружного наблюдения имеют антикоррозионное покрытие, устойчивое к воздействию солнечной радиации. Жесткие требования к конструктивному исполнению этих устройств определяют их весьма высокую стоимость.