Вибір та обгрунтування вибраного напряму роботи

2.1. ОБҐРУНТУВАННЯ АКТУАЛЬНОСТІ РОЗРОБКИ.

 

Безпека відіграє велику роль в нашому житті. Безпечне перебування в кожний момент життя можна забезпечити по-різному. На теперішній час стрімко розвиваються системи, які дозволяють, не виходячи з дому, контролювати спокій дому, офісу чи магазину. Тому роль охоронного телебачення відіграє велику роль в наш час.

Побудова систем охоронного телебачення

Призначення охоронного телебачення полягає в підвищенні рівня безпеки об’єкта, тобто в мінімізації можливих наслідків небажаних впливів на людей, на матеріальні цінності і на інформаційні ресурси. Небажані впливи з зовнішнього (по відношенню до зони охорони) середовища можуть бути як свідомими (з боку кримінальних елементів), так і результатом техногенних катастроф або стихійного лиха. У загальному випадку систему охоронного телебачення можна розглядати як замкнену систему управління, яка складається з наступних елементів (рис.2.1.).

Аналізуючий пристрій сприймає вплив з зовнішнього середовища (оптичне зображення об’єкта на ПЗЗ-матриці відеокамери) і перетворює його до виду, що є зручним для прийняття рішення, тобто по суті є системою отримання сигналів телевізійних зображень.

Якщо в якості розв’язувального пристрою виступає людина, то на виході аналізуючого пристрою (на екрані відеомонітора) має бути присутнім зображення контрольованої зони; в цьому випадку реалізується функція відеоспостереження. Якщо розв’язувальним пристроєм є електронний пристрій, зокрема, комп’ютер, то на виході аналізуючого пристрою має бути відповідний сигнал.

 

Рис. 2.1. Система охоронного телебачення

 

Пристрій пам’яті зберігає апріорну інформацію про можливу загрозу. Людина пам’ятає зображення “своїх”, враховуючи характерні ознаки небезпечних суб’єктів, знає, в який час в контрольованій зоні можуть знаходитися люди і коли там не має бути людей, і таке інше. В пристроях пам’яті електронного приладу або комп’ютера можуть зберігатися порогові значення напруги або колу, які відповідають тривожній ситуації, інформація про дозволені часові “вікна” тощо.

Контролюючий пристрій (на його входи приходять сигнали з двох попередніх пристроїв) виробляє сигнал тривоги при виконанні встановлених умов - в цьому випадку реалізується функція відеоконтролю. В якості контролюючого пристрою переважно використовується людина, проте в останній час йому на допомогу приходять такі технічні засоби, як детектор руху, детектор залишених або винесених речей, системи автоматичного розпізнавання обличчя людини або автомобільних номерів. Контролюючий пристрій виробляє сигнал для виконавчого пристрою; з метою отримання більшої інформації він може автоматично змінювати режим роботи аналізуючого пристрою на заздалегідь встановлений режим.

Виконавчий пристрій може автоматично діяти на зовнішнє середовище – по тревозі вмикати сирену, строб-спалах, виконавчі механізми (замки, засуви, освітлення тощо), крім цього він може вмикати пристрій відеореєстрації, а також керувати роботою пристрою зв’язку.

Пристрій зв’язку служить для передачі тривожної інформації силам реагування. Передача інформації може здійснюватися за допомогою локальних комп’ютерних мереж, Інтернету, електронної пошти, телефонних мереж, SMS-повідомлень тощо.

Сили реагування (охорона, МНС і таке інше) безпосередньо діють на негативні явища зовнішнього середовище з метою мінімізації втрат зони, що охороняється. Функціонування сил реагування обов’язково має враховуватися в роботі системи охоронного телебачення. Як показує досвід, без врахування роботи сил реагування (так званого “людського фактора”) система охоронного телебачення може перетворитися непотрібний комплект дорогого обладнання.

Пристрій відеореєстрації служить для реєстрації протоколу подій, тобто запису відеосигналів, які поступають з аналізую чого пристрою. Це дозволяє проводити розслідування подій, що відбулися. Крім цього, відеозапис дозволяє зменшити вплив “людського фактора” охорони.

Треба пам’ятати, що зовнішнє середовище, тобто ворожа до охороняє мого об’єкта, територіально може знаходитися і в межах самого об’єкта. Тому все більше розповсюдження знаходять системи відеоспостереження за касовими терміналами магазинів, контроль за діями вантажників складів тощо.

Ефективність системи безпеки визначається швидкістю її реакції на зовнішні дії; для виключення розвитку подій за несприятливим сценарієм швидкість дії відповіді сил реагування має бути вищою, ніж швидкість небажаних дій з боку зовнішнього середовища. З цією метою, для гальмування дій кримінальних елементів, використовуються засоби механічного укріплення об’єкта і вандалозахищеності обладнання систем охоронного телебачення (спеціальне кріплення, схована прокладка кабелів, антитамперні давачі тощо), тому що для їх нейтралізації злочинцю потрібний час. З цією ж метою застосовують резервне електроживлення.

Також треба мати на увазі, що такі параметри ефективності як потрібна роздільна здатність системи охоронного телебачення і швидкість оновлення візуальної інформації визначаються конкретною задачею, що випливає з особливостей розміщення відеокамер – довжиною так званої ближньої зони (головним чином, умовно мертвої зони) і відстанню до дальньої зони.

 

Роль охоронного телебачення

Перевага охоронного телебачення порівняно з іншими охоронними системами полягає в його високій інформативності (90% усієї інформації про оточуючий світ людина отримує завдяки органам зору). Перевірити правильність функціонування систем безпеки, переконатися в реальності тривоги, вироблена сигналізацією (охоронною, пожежною, периметровою, антикрадіжковою, автомобільною) можна не тільки шляхом відвідування людиною місця пригоди, але і дистанційно – за допомогою охоронного телебачення. Ще більш важливим є попередження пригоди, якщо виявляється небезпечний рух на підступах до зони, що охороняється, за допомогою розшифрування можливої загрози по екрану відеомонітора. Це особливо є актуальним для віддалених об’єктів, що не обслуговуються.

Недосконалість будь-якої з систем безпеки як окремої системи потребує взаємного доповнення, певного симбіозу систем. Тому проектувальники намагаються інтегрувати різні системи в єдину систему безпеки, з тим щоб суттєво зменшити вплив слабких сторін кожної з систем, підвищити достовірність отриманої оператором інформації. Інтеграція систем охоронного телебачення (на апаратному і/або програмному рівні) з іншими системами – це є шлях підвищення рівня безпеки. Проте, при цьому треба враховувати живучість такої централізованої системи, а також можливості роботи оператора в умовах надлишку інформації, його фізіологічні обмеження обробляти великі потоки інформації.

Також треба враховувати недосконалість зовнішніх охоронних давачів, як і детекторів руху (пропуск тривог, вироблення хибних тривог). Це примушує створювати таку систему охоронного телебачення, яка буде відображати не тільки зону з тревогою, але і найближчі зв’язані з нею зони, здійснювати відеозапис не тільки на протязі часу появи ознак тривоги, але і до моменту виявлення тривоги, а також після завершення тривоги.

Особливості охоронного телебачення

Телевізійні системи можна розподілити на системи мовного телебачення, які використовуються для інформаційного обслуговування населення, і системи прикладного телебачення, які обслуговують промисловість, науку медицину тощо. Якщо з погляду створення відеосигналу вони майже не розрізняються, то з боку вимог до характеристик систем різниця може бути суттєвою. Основними вимогами при розробці систем мовного телебачення є створення технічними засобами на екрані телевізора якісного зображення з врахуванням особливостей зору людини, раціональне використання частотного простору і сумісність різних систем телебачення (SECAM, NTSC, PAL).

Охоронне телебачення належить до систем прикладного телебачення. Головна задача охоронного телебачення полягає у виробленні достовірної інформації про наявність тривожної ситуації, а отримання якісного зображення на екрані монітора відходить на другий план. Спотворення зображення, які є недопустимими в мовному телебаченні, можуть бути прийнятними в охоронному телебаченні. Звідси в системах охоронного телебачення:

- частота зміни кадрів може бути значно нижчою за 25 Гц;

- замість обробки двох полів (черезрядкова розгортка) можна обробляти тільки одно поле (прогресивна розгортка);

- кольоропередача і передача градацій сірого можуть суттєво відрізнятися від натуральної;

- нелінійні або геометричні спотворення не відіграють значної ролі.

Тому в охоронному телебаченні широко використовуються компромісні розв’язки, коли одні параметри “розмінюються” на інші, а власне:

- роздільна здатність на швидкість оновлення;

- чутливість на роздільну здатність;

- коефіцієнт підсилення на смугу пропускання.

З іншого боку, набувають значущість деякі характеристики, які не важливі в мовному телебаченні (наприклад, можливість оператору контролювати зображення на екрані відео монітора під гострим кутом огляду).

Для охоронного телебачення потрібно враховувати умови цілодобової експлуатації обладнання в реальних обставинах життя і діяльності людини з врахуванням впливу оточуючого середовища (і інших людей).

Внаслідок прикладного характеру систем охоронного телебачення їх технічні розв’язки диктуються можливостями, простотою і економічною ефективністю практичної реалізації. Зокрема, одним з важливих параметрів систем охоронної сигналізації є зручність монтажу і вводу в експлуатацію, завдяки чому використовується максимум стандартних розв’язків, які полегшують і прискорюють інсталяцію систем.

 

Розташування відеокамер

Розташування відеокамер в значній мірі визначає характеристики системи охоронного телебачення. Кількість відеокамер і місця їх розташування, в свою чергу, залежать від зон огляду відеокамер (від кутів огляду, довжини мертвої зони, відстані до границі дальньої зони). Розв’язок цієї задачі має ітераційний характер. Після визначення приоритетних зон спостереження відеокамери розташовують на плані об’єкта в такий спосіб, щоб досягнути максимальну інформативність відеосистеми при мінімальній кількості відеокамер.

Після цього вибирають найбільш прийнятну фокусну відстань кожного об’єктива, оцінюють, яка частина площі попадає в його поле зору, визначають ближню і дальню зони. При незадовільному результаті задаються іншою фокусною відстанню або змінюють місце розташування відеокамери. Це повторюється кілька разів для отримання задовільного результату.

Варіанти розташування відеокамер можна розділити на наступні:

- відеоспостереження усередині приміщень;

- відеоспостереження зовні будинку;

- відеоспостереження периметру території.

Приміщення переважно мають прямокутну форму і відеокамери розташовують в кутах. Якщо планується відеоспостереження і відеореєстрація людей, що входять/виходять через двері, то враховують зручність і можливість розміщення відеокамер, прокладки кабелів; відсутність прямої засвітки об’єктива джерелом світла; можливість вибору об’єктива з такою фокусною відстанню, щоб на відеомоніторі дверний отвір відображався на цілий екран. Для спостереження людського потоку не рекомендується встановлювати відеокамеру занадто високо. Якщо потрібно спостерігати не окрему зону, а максимум площі усередині приміщення, то варіанти розташування відеокамер залежать від співвідношення сторін приміщення.

Приклади розташування відеокамер показані на рис.2.2 і рис.2.3.

Рис.2.2. Встановлення відеокамер в приміщенні квадратної форми

 

Рис.2.3. Встановлення відеокамер в приміщенні прямокутної форми

 

Однією відеокамерою з кутом огляду 90° для квадратних приміщень (рис.2.2,а) можна обмежитися у випадку, якщо сторона приміщення менше 0.7l, де l –довжина діагоналі. При невиконанні цієї умови потрібно встановлювати дві відеокамери в протилежних кутах (рис.2.2,б).

У випадку прямокутних приміщень розташування відеокамер може бути довільним. Зокрема, для приміщення з сторонами a і b (рис.2.3,а) з умови відсутності мертвих зон для двох відеокамер кут огляду у горизонтальній площині має бути не меншим за:

.

В табл.2.1. наводяться значення кутів огляду α в залежності від співвідношення сторін приміщення a/b.

Таблиця 2.1.. Кути огляду для охоплення приміщень прямокутної форми двома відеокамерами

a/b	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0
α, град

 

Якщо прямокутне приміщення має значну площу, то можуть бути застосованими чотири відеокамери. Вони встановлюються в кутах, а для виключення створення мертвих зон промені кутів огляду мають закінчуватися на серединах протилежних сторін (рис.2.3,б). Значення кута огляду у цьому випадку визначається як:

.

В табл.2.2 наводяться значення кутів огляду α в залежності від співвідношення сторін приміщення a/b.

 

Таблиця 2.2. Кути огляду для охоплення приміщень прямокутної форми чотирма відеокамерами

a/b	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0
α, град.

 

Приміщення дуже великої площі можна розбити на квадрати і задачу розв’язувати для кожного квадрата.

У випадку, коли приоритетним є відеоспостереження не за всією територією, а наприклад, за обстановкою тільки поблизу вікон, то можна застосувати зрізаний варіант (рис.2.4).

Відео спостереження за територією вимагає встановлення відеокамер на зовнішніх стінах будинків. Кращим варіантом є використання попарно-зустрічного розташування відеокамер (рис.2.5).

Рис.2.4. Встановлення відеокамер поблизу вікон

Рис.2.5. Попарно-зустрічне встановлення відеокамер зовні приміщень

Пристрої передачі відеосигналів

Віддаленість місця розташування відеокамер від поста спостереження потребує розв’язку задачі передачі відеосигналів на значні відстані. Вибір того чи іншого варіанту залежить від конкретних умов і вимог до системи.

Стандартним розв’язком передачі відеосигналів є використання коаксіального кабелю з хвильовим опором 75 Ом. Достатня якість зображення може бути досягнута при віддаленні відеокамери від поста спостереження не більше ніж 200…400 м. Передача на більші відстані потребує для компенсації втрат в кабелю застосування магістральних відеопідсилювачів, що здорожує систему відеоспостереження.

Для передачі відеосигналу на відстані більше за 300 м як варіант може бути застосування волоконно-оптичних кабелів, які характеризуються дуже низькою сприйнятливістю до завад, малими втратами при передачі відеосигналу (до 50 км), можливістю передавання по одному кабелю одночасно відеосигнали, аудіосигнали і дані. Недоліків таких кабелів є на разі їх висока вартість і невисока технологічність.

Ще одним варіантом передачі відеосигналів є використання кабелів обвитої пари проводів. За ефективністю застосування вони займають проміжний стан між коаксіальними і волоконно-оптичними кабелями, а їх вартість набагато нижча вартості коаксіальних кабелів. Використання кабелів обвитої пари виправдовує себе для територіально-розподілених систем охоронного телебачення, особливо в умовах несприятливої електромагнітної обстановки. Іноді для цього можуть бути використаними резервні телефонні обвиті пари, які є в прокладених по території установи телефонних кабелях.

Існують системи передачі відеосигналу телефонною мережею (зображення оцифровується і зі швидкістю оновлення порядку кількох секунд за допомогою модему передаються на приймальний бік системи передачі. Активізація передачі може здійснюватися, наприклад, за сигналом охоронного давача. Але якість передачі залежить від якості телефонної лінії, яка не завжди є високою.

За кордоном для передачі відеосигналів широко застосовується радіоканал. Малопотужний передавач монтують в одному корпусі з відеокамерою, а приймач – в корпусі відеомонітора. Для конфіденційності передачі використовується скремблювання відеосигналів. Перспективним є діапазон частот 2.4 ГГц, тут завади на якість зображення практично не впливають. Однак використання подібних систем потребує дозволу відповідних інстанцій, що ускладнює і здорожує їх реалізацію.

В жилих будинках, в яких для відображення інформації можна використовуватися телевізор, застосовують радіо модулятори. В даному випадку застосовують фідер антени колективного користування з тим, щоб замішати в нього сигнал відеокамери з транспонованим спектром (переважно в діапазоні ДМХ). Такі пристрої є економічно ефективними. За допомогою одного модулятора і однієї відеокамери можна забезпечити відеоспостереження обстановки перед вхідними дверми усіх мешканців цілого під’їзду будинку.

 

Аксесуари систем охоронного телебачення.

Для повноцінної роботи систем охоронного телебачення потрібно:

- муляжі відеокамер, які забезпечують на злочинців психологічний вплив;

- блоки живлення;

- відеопринтери, які дозволяють отримати тверду копію відео зображення;

- пристрої грозозахисту для виключення впливу грозових розрядів на роботу електронних компонентів системи;

- спеціальні ергономічні меблі для комфортної роботи операторів;

- спеціальне технологічне обладнання для ефективного обслуговування та періодичного налаштування систем охоронного телебачення.

2.2. ОБҐРУНТУВАННЯ ВИБРАНОГО НАПРЯМКУ ПРОЕКТУВАННЯ

Поворотні системи

Системи охоронного телебачення надають операторові унікальну можливість здійснення відеоспостереження (і відеореєстрації) одночасно в декількох місцях одночасно. Сканування охоронюваного простору може здійснюватися шляхом комутації фіксовано встановлених відеокамер, а також зміною їх положення в просторі. Як правило, зміна положення відеокамер здійснюється шляхом їхнього повороту в горизонтальній і вертикальної площинах, однак існує обладнання (наприклад, для використання їх на складах), у яких відеокамера може переміщатися в горизонтальній площині по спеціальній досить довгій напрямній. Таким чином, поворотні системи служать для зміни положення відеокамер у просторі. Поворотна система складається з виконавчого механізму - поворотного обладнання й обладнання керування - у найпростішому випадку, контролера.

 

Поворотні пристрої

Поворотні пристрої (Pan&Tilt) можуть бути виконані для експлуатації як всередині приміщення так і поза межами. У першому випадку вони використовуються тільки для зміни положення відеокамери, тому вони не дуже потужні; у другому випадку вони керують орієнтацією відеокамери, встановленої в термокожух, тому являются достатньо потужними (вони здатні нести навантаження до 40 кг).

Поворотні пристрої можуть бути як з бічним расположением відеокамери (в цьому випадку кути повороту в обох площинах біля 360°), так і з верхнім розміщенням (при цьому в горизонтальной площині кут повороту рівний біля 360°, у вертикальній біля 60° і навіть менше). Невеликий кут нахилу не дозволяє забезпечувати спостереження обстановки «під відеокамерою». Існують також поворотні пристрої (Scanners), що забезпечують поворот тільки по горизонталі.

 

Пристрої управління

Простим пристроєм для управління поворотним механізмом є пульт управління, на виходах якого виробляється напруга управління двигунами поворотного пристрою (наприклад, 220, 24, 12 В - залежно від модифікації). За рахунок відповідного встановлення кінцевих датчиків поворотного пристрою встановлюються граничні положення поворотної платформи, що дозволяє виключити пошкодження конструкції в реальних умовах експлуатації. Крім того, можна реалізувати режим автоматичного сканування відеокамери по горизонталі в межах сектора спостереження, що задається. Як правило, такий пульт дозволяє здійснювати і ручне управління варіо-об'єктивом відеокамери (наближення-видалення, фокусування зображення, управління діафрагмою). Максимальна відстань між пультом управління і поворотним пристроєм визначається втратами в сполучних проводах і, як правило, не перевищує сотні метрів.

 

Ефективність використання поворотних систем

Очевидно, що поворотна система є досить складним і дорогим рішенням (комплект: відеокамера плюс поворотна система з пультом управління коштує приблизно стільки ж, скільки 2-3 стаціонарно встановлені відеокамери). При цьому треба враховувати, що ракурс зображення, що отримується від відеокамери, встановленої на поворотному пристрої, істотно відрізняється від ракурсу, що отримується від 2-х або 3-х фіксовано встановлених, розміщених в просторі відеокамер, які могли б замінити її. Найбільш інформативною виявляється відеосистема з поворотною відеокамерою, коли остання встановлена в центрі вільного простору. Коли ж це не так, зображення від стаціонарно встановлених відеокамер виявляється більш інформативним.

Крім того, слід оцінити, наскільки ефективною може бути поворотна система. Річ у тому, що стандартні поворотні пристрої через їх масу, а, отже, інерційності забезпечують швидкість повороту в горизонтальній площині порядку 6° в секунду (по вертикалі 3° в секунду), що в деяких випадках може виявитися недостатнім. Така низька швидкість продиктована з одного боку необхідною точністю роботи механічних пристроїв, відсутністю в них помітного люфта, а з іншого боку, інерційністю механічної системи, що має значну масу. Проте, подібні пристрої можуть з успіхом експлуатуватися в зонах з порівняно повільною зміною обстановки - на складах, митних терміналах, портових територіях, автостоянках і автозаправних станціях.

Спроби використовувати замість важкої механічної платформи легке дзеркало (реалізовуючи принцип перископа) широкого розповсюдження не знайшли. Також поки не знайшли широких застосувань псевдоповоротні безінерционі системи, в яких використовується фіксовано встановлена стельова відеокамера з надширококутною оптикою: вибір необхідного тілесного кута спостереження і лінеаризація зображення здійснюється в них засобами обчислювальної техніки, створюючи ілюзію поворотного пристрою. Можливо, ситуація зміниться у разі широкого впровадження мегапіксельних відеокамер.

Вказана відстань знаходиться на межі граничного з погляду помітності предметів, тому описані «повільні» поворотні пристрої не можуть бути рекомендовані для контролю ситуації, що швидко змінюється, на об'єкті. Крім того, не слід забувати, що в нештатній ситуації охоронець буде «шукати» поворотним пристроєм, силившись утримати зловмисника у полі зору відеокамери; можливо, також, що в цей час йому може потрібно підстроювання варіооб'ектіва - якщо виявиться недостатньою глибина різкості або точність настройки варіооб’єктива.

Резюмуючи сказане можна сказати, подібні «повільні» поворотні пристрої можуть бути ефективні на об'єктах з обстановкою, що порівняно малозмінюється, - на заправних станціях, автостоянках, місцях парковки автомобілів, тобто там, де чинник часу не диктує операторові необхідність швидкої зміни настройок спостереження, коли можна порівняно повільно вибрати об'єкт спостереження, наприклад, автомашину, повернути відеокамеру в необхідному напрямі, збільшити зображення, щоб розглянути її номер і т.п.

І ще один негативний момент застосування поворотних систем: вони не дозволяють використовувати детектор руху для відеокамер, встановлених на поворотний пристрій.

 

Компоненти систем охоронного телебачення Швидкісні поворотні відеокамери

Ширшими можливостями володіє так звана швидкісна поворотна відеокамера (виконувана в скляному кожусі куполоподібної форми або у вигляді кулі). Подібний пристрій, по суті, є закінченим вузлом, що складається з вельми легкої безкорпусної відеокамери, об'єктиву з трансфокатором, поворотного пристрою, блоку живлення, приймача сигналів телекерування і кожуха. Швидкість повороту такої відеокамери може бути достатня високою (до 400° в секунду), проте тут для оператора криється інша трудність: слабкому натисненню на клавішу або джойстик пульта управління відповідає значна зміна положення відеокамери в просторі. Для вирішення цієї проблеми джойстики пультів управління мають опцію пропорційного збільшення швидкості.

Крім того, в пультах управління є пам'ять положень і настроювань на певні кути огляду, що дозволяє наперед запрограмувати режим автоматичного функціонування пристрою. При виборі опції порядку проглядання зон спостереження (tour, patrol) такі передустановки можуть автоматично вибиратися на заданий час (їх може бути досить багато, наприклад 100). Дана опція може бути вельми корисною в місцях, де важливим є контроль за ситуацією, яка швидко міняється, наприклад, за столиками казино. Деякі пристрої дозволяють запам'ятовувати дії оператора, що полегшує їх програмування. Ще одна цікава опція - запам'ятовування основного положення (якщо оператор вручну змінив настройку, така поворотна відеокамера через деякий час повернеться в початкове положення).

Деякі швидкісні відеокамери дозволяють автоматично змінювати ракурс при спостереженні за людиною, що проходить під ними, що виключає незручності при його спостереженні. Як правило, швидкісні відеокамери забезпечують велике збільшення (наприклад, 27-кратне оптичне плюс 10-кратне цифрове), автоматичне фокусування.

Дані пристрої випускаються як для установки в приміщеннях, так і у вуличного виконання, при цьому може використовуватися як прозорий, так і димчастий ковпак, що не дозволяє відвідувачеві встановити, в яку сторону в даний момент направлена відеокамера. Дизайн швидкісних поворотних відеокамер, як правило, вельми витончений, що дозволяє використовувати їх з будь-яким інтер'єром

Все більш популярними стають швидкісні відеокамери, які здатні переміщатися за стельовим направляючим профілем («рейку»). Ці пристрої можуть бути корисні при організації відеоспостереження на складі або у великому магазині.