Рынок мегапиксельных IP-видеокамер: тренды, технологии, новинки, новые бренды

Автор: Андрей Пирогов Руководитель цифрового направления компании "Сатро-Паладин"

Мегапиксельное IP-видеонаблюдение в России перестает быть уделом проектов с баснословными бюджетами и превращается в рабочий инструмент для комплексов и систем охранного видеонаблюдения

Мегапиксельные IP-видеокамеры становятся более чувствительными, более надежными, а самое главное - более доступными Это связано с несколькими причинами:

  1. Более высокая конкуренция на рынке мегапиксельных видеокамер - наряду с широко известными лидерами в области IP-видеонаблюдения на российский рынок вышло большое количество новых брендов и ОЕМ-продуктов. Теперь потребитель может выбирать то, что наиболее подходит ему по качеству и цене.
  2. Повышение чувствительности камер - за счет применения функции WDR.
  3. Применение новых типов матриц, например ExmoroTSony.

Exmor - новое поколение CMOS

Прогресс не стоит на месте, и в настоящее время CMOS-матрицы имеют все шансы вытеснить CCD-матрицы в мегапиксельных камерах. Этому способствует несколько факторов:

1. Стоимость CCD-матриц в разы выше стоимости CMOS-матриц. Причем с увеличением разрешения цена CCD-матриц многократно возрастает.

2. CCD-матрицы имеют намного большую мощность потребления по сравнению с CMOS и соответственно сильно нагреваются Это может привести к проблемам при работе видеокамеры в условиях высоких температур (прямые солнечные лучи в жарком климате).

3. Чувствительность CMOS-матриц (в частности, Exmor) приближается к чувствительности CCD-матриц, и это при том, что из технологии CCD за десятилетия развития были "выжаты" уже практически все возможности по увеличению чувствительности. В CMOS-технологии еще имеется задел для увеличения данного параметра.

Исходя из современных тенденций, можно сделать вывод, что матрицы CCD доживают последние годы и будут неизбежно вытеснены матрицами на основе CMOS Exmor и других перспективных технологий. Компании - производители матриц - все время улучшают параметры своих изделий и ищут новые подходы к увеличению чувствительности CMOS-матриц. Один из подходов - использование технологии накопления заряда. При этом увеличивается время считывания каждой ячейки, уменьшается количество кадров в секунду и повышается чувствительность. Данный способ отлично работает для неподвижных объектов, но для движущихся предметов (которые и представляют интерес для видеонаблюдения) он не подходит, поскольку в этом случае движущиеся объекты представляются невнятными размытыми тенями.

Компания SONY предложила другой путь увеличения чувствительности, создав новую линейку светочувствительных матриц под названием Exmor.

Первоначально матрицы Exmor были созданы для профессиональных телевизионных камер и только потом начали применяться в камерах видеонаблюдения. В матрицах Exmor использована новая конструкция CMOS-сенсора, которая обеспечивает более полное применение падающего на матрицу светового потока.

В традиционной конструкции CMOS-матрицы свет, перед тем как попасть на фотодиоды, проходит через структуру ячейки и частично отражается от металлических проводников, являющихся частью конструкции светочувствительной ячейки. В Exmor свет попадает сразу же на фотодиод, а металлические проводники находятся под фотодиодом Такая конструкция светочувствительной ячейки позволяет наиболее полно использовать падающий свет и значительно увеличивает чувствительность матрицы.

Еще одно существенное отличие Exmor-матриц - улучшенная система подавления шумов В Exmor аналого-цифровой преобразователь устанавливается для каждой линейки пикселей, то есть оцифровка аналоговых сигналов максимально приближена к фотодиодам. В CMOS-матрице аналоговый сигнал поступает на общий для всех аналого-цифровой преобразователь. При этом в процессе передачи до АЦП в CMOS-матрице возрастает уровень шума.

В Exmor-матрице добавлена система цифрового шумоподавления CDS, которая подавляет шум, измеряя уровень шума до преобразования и после преобразования, и точно определяет оптимальный уровень шумопонижения Система шумоподавления Exmor намного более эффективна, чем система шумоподавления обычной CMOS-матрицы, работающая только с аналоговым сигналом.

В результате видеокамеры, созданные на основе Exmor-матриц, имеют пониженный уровень шума и более высокую чувствительность по сравнению с видеокамерами на CMOS-матрицах. Различия очень заметны в условиях низкой освещенности, где камеры с матрицами Exmor особенно эффективны. На российском рынке камере поддержкой технологии Exmor довольно много. Новичком в области высокотехнологичных решений для систем IP-видеонаблюдения стал бренд TANTOS: вся линейка IP-видеокамер построена на платформе с применением сенсоров Exmor и процессоров TI368 DaVinc производства известной американской компании Texas Instruments.

Функция WDR - тонкости реализации

Функция WDR (расширенный динамический диапазон) не нова. Но тонкостей по ней более чем достаточно.

Известно, что матрице видеокамеры зачастую не хватает динамического диапазона - это особо проявляется в типовых условиях наблюдения за людьми на входах в аэропорты, офисы и другие здания со стеклянными входами. Свет с улицы создает сильную засветку, затвор или автодиафрагма настраиваются на средние значения яркости по полю кадра, но светлое изображение улицы теряет различимость в самых ярких участках, а люди в помещении слабо различимы в тени.

Как решить задачу наблюдения в таких условиях? Известная функция BLC (компенсация встречной или фоновой засветки) настраивает камеру на среднюю освещенность в центре кадра (типовое решение, иногда можно выбрать зоны чувствительности). Человек в центре кадра становится виден лучше, но изображение улицы мы совсем теряем. Вот тут и приходит на помощь функция расширенного динамического диапазона.

Специальные матрицы
Для реализации функции расширенного динамического диапазона были разработаны специальные матрицы - их часто называют матрицы с двойным сканированием или двойной плотностью. Упрощенно, идея в том, чтобы в течение одного полукадра сделать два снимка: один - с длинной выдержкой, второй - с короткой Далее сложить полученные изображения в выходном сигнале, что позволит лучше видеть на экране детали на светлых и темных участках изображения.

Однако у данного подхода имеется существенный минус - такие матрицы увеличивают стоимость камер примерно на 30%.

"Электронная версия"
Часть производителей предлагает "электронную версию". Два снимка с разными выдержками делаются на обычных матрицах, только скорость вывода информации падает в 2 раза, до 25 полей в секунду. Для многих задач записи видео на регистраторы этого достаточно, но смотреть в реальном времени может быть неприятно.

Таким образом, оба подхода имеют свои плюсы и свои минусы. Кроме того, в современных камерах с цифровой обработкой сигнала начали вводить предварительную гамма-коррекцию для снимков с разной выдержкой, что, конечно, не увеличивает динамический диапазон самой камеры, но позволяет существенно улучшить визуальное отображение снимаемой сцены. Такая гамма-коррекция поддерживается пока далеко не всеми новыми камерами.

WDR с динамическим захватом
Вообще, технология WDR долгое время оставалась прерогативой аналоговых видеокамер. Однако собственная версия технологии WDR с динамическим захватом (Wide Dynamic Range - dynamic capture) появилась у флагмана рынка IP-камер - Axis Communications в 2011 г.

Компания Axis Communications использовала в своих решениях новейшие разработки в области производства видеосенсоров, системы обработки изображения и уникальный многолетний опыт построения систем IP-видеонаблюдения. Впервые эта технология была реализована в IP-камере AXIS Q1 604, функция WDR которой гарантировала, что ни одна из частей кадра не будет слишком темной или слишком светлой. Она выдает чистое и контрастное видео в очень сложных условиях освещения - например, когда солнце находится прямо напротив оптики и засвечивает сцену, либо при появлении резкой затененности на участке сектора обзора.

Lightfinder
Еще одна уникальная технология от Axis - Light-finder - впервые появилась в IP-камере AXIS Q1602. Она позволила создать самую чувствительную модель на рынке, способную формировать достаточно чистое цветное изображение при освещенности от 0,05 лк. Технология создания цветного изображения при крайне низком освещении, значительно повышающая вероятность идентификации объектов, заключается в идеальном подборе объектива, матрицы и алгоритмов обработки картинки, снижающих уровень шумов и размытость движущихся объектов. Технология Lightfinder также применяется в серии IP-камер РЗЗ.

Компания Axis Communications не одинока в реализации технологии WDR в своих продуктах. Свои решения предлагают Samsung, TANTOS, Smartec, Vision, J2000IP, Hi-Tech.

Примеры "умных" камер

Аппаратные возможности самих камер позволяют реализовать давнюю мечту сотрудников служб безопасности записывать только нужные видеособытия, которые могут быть интересны для обеспечения безопасности на объекте, и в случае происшествия быстро находить их в архиве, а не перелопачивать вручную сотни часов записи. Аппаратная аналитика в камере - вот требуемое решение.

Конечно, события, которые необходимо фиксировать, индивидуальны для каждого объекта, поэтому встроенная аналитика - это целый комплекс, который требует индивидуальной подготовки и настройки.

Axis Communications
Поистине уникальные возможности предоставляет компания Axis Communications, предлагая открытую прикладную платформу для приложений, которые могут быть интегрированы в продукты AXIS.

Прикладная платформа для камер AXIS, работа над которой началась три года назад, позволяет сторонним производителям разрабатывать программные приложения с возможностью загрузки и установки в сетевые камеры и видеокодеры AXIS. С помощью этого продукта интеграторы, торговые посредники и конечные пользователи могут удовлетворить свои требования, выбрав наиболее подходящие программные приложения для устройств сетевого видеонаблюдения AXIS.

Прикладная платформа для камер AXIS состоит из четырех компонентов:

  1. Набор средств для разработки ПО (SDK) - поддерживает разработку встроенных программных приложений. Комплект SDK включает в себя компилирующую систему, прикладные программные интерфейсы для получения доступа к встроенным функциональным возможностям устройства, документацию, образец кода, программу отладки и средство оптимизации профилей.
  2. Открытая прикладная платформа - будет внедрена в большинстве устройств сетевого видеонаблюдения AXIS для поддержки загрузки совместимых программных приложений.
  3. Средство обеспечения совместимости - позволяет использовать функциональные возможности сетевых камер и видеокодеров AXIS.
  4. Дополнительное средство защиты от копирования - гарантирует использование только лицензированных программных приложений в устройствах.

Сегодня у других крупных производителей IP-камер нет ничего похожего.

И даже для Axis Communications процесс разработки займет еще некоторое время. Проблемы с ограничениями для более продвинутой аналитики на их последней платформе ART - РЕС-4 пока не решены. Кроме того, число заявок на их платформы очень мало. Тем не менее в течение следующих 5 лет это направление будет развиваться.

Pelco
Один из лидеров отрасли безопасности компания Pelco предлагает готовое решение. Вандалозащищенная IP-камера "день/ночь" Pelco М10-Е снабжена модулем видеоаналитики Pelco Camera Sabotage, имеет корпус купольного типа и может эксплуатироваться внутри/вне помещений при температурах от -20 до +50 °С. Новинка использует CMOS-сенсор с прогрессивной разверткой, WDR 60 дБ, технологию Sarix и способна транслировать одно/двухпотоковое видео с разрешением до 1280x1024 пкс в форматах Н.264 и/или MJPEG при освещенностях на объекте до 0,5/0,25 лк. Кроме того, эта купольная IP-камера оснащена 2,8-10 мм вариообъективом, аудиовходом/выходом, поддерживает технологию РоЕ и работает под управлением ПО Pelco DS и Endura, Milestone XProtect и др.

Интеллектуальные возможности Pelco IM10-E обеспечивает встроенный в камеры модуль видеоаналитики с базовым пакетом Pelco Camera Sabotage. Используя аналитические алгоритмы, купольная IP-камера анализирует транслируемые видеопотоки и отслеживает все изменения в кадре. В случае попыток закрашивания/закрытия объектива, его расфокусировки, отрыва IP-камеры от монтажной поверхности или несанкционированного изменения направления наблюдения IM10-E сообщает об этом оператору. Такие меры безопасности позволяют задействовать новые купольные модели в системах видеонаблюдения объектов с высокой вероятностью противоправных действий, включая метрополитен, вокзалы, а также в местах с неограниченным/свободным доступом.

Smartec
Под торговой маркой Smartec на российский рынок поставляется скоростная поворотная IР-камера STC-IPX3905A с видеоаналитикой и 36-кратным трансфокатором. STC-IPX3905A может вести непрерывный круглосуточный анализ поведения объектов в зоне наблюдения и оповещать о тревожных ситуациях. Важным достоинством IP-камеры с видеоаналитикой является возможность обнаружения и отслеживания ею различных ситуаций, как, например, движение в зоне наблюдения человека или автомобиля в запрещенном направлении Благодаря видеоаналитике поворотная IP-камера способна снизить влияние человеческого фактора, повысить автономность системы видеонаблюдения и значительно облегчить поиск видеоинформации, предоставив возможность оператору просматривать исключительно те видеофрагменты, которые требуют внимания и детального изучения. В базовой комплектации STC-IPX3905A снабжена пакетом видеоаналитики VCApresence, но опционально возможна активация расширенной версии VCAsurveillance.

Базовый комплект видеоаналитики VCApresenсе позволяет STC-IPX3905A выявлять и запоминать до 100 движущихся объектов, создавать и настраивать критерии анализа для 40 контролируемых зон. Например, поворотная IР-камера может обнаружить бегущего человека, а в случае пересечения им границ запрещенной зоны незамедлительно оповестить об этом оператора видеосистемы. Кроме того, алгоритмы видеоаналитики VCApresence предоставляют возможность выявлять различные воздействия на IP-камеру, в том числе ее несанкционированное перемещение, закрытие объектива, нарушение фокусировки и др.

Samsung
Все IP-камеры Samsung Techwin имеют встроенную видеоаналитику на базе DSP-процессоров WiseNet S, WiseNet, WiseNet II, которые поддерживают ряд аналитических алгоритмов. Рассмотрим каждый из них в отдельности.

  1. Вход/выход, пересечение - пользователь создает виртуальную линию, при пересечении которой в направлении направо или налево генерируется соответствующая тревога. Обнаружение движения объекта происходит, когда его центральная точка перемещается извне (вход) в заданную область или за ее пределы (выход).
  2. Появление/исчезновение - срабатывание происходит при нахождении/отсутствии объекта в заданной зоне дольше определенного времени.
  3. Детекция лиц - алгоритм позволяет обнаруживать до 35 объектов в 4 зонах. Минимальный размер лица - 40 пкс, максимальный - 340 пкс. Через Web-интерфейс камеры возможна настройка 10 уровней чувствительности детектора.
    Одна из областей применения алгоритма детекции лиц - так называемая умная компрессия. При обнаружении лиц в поле зрения камеры область, в которой они были замечены, подвергается сжатию с высоким качеством, вто время как "неактивные" области передаются в сеть с низким качеством. Это позволяет уменьшить поток видеоданных с IP-камеры и более рационально использовать дисковое пространство архива.
  4. Детекция звука - обеспечивает обнаружение звуковых колебаний в заданный временной промежуток, которые превышают установленный уровень даже при отсутствии объекта в кадре.
  5. Изменение сцены наблюдения - камера генерирует тревожное сообщение в случае изменения сцены наблюдения на протяжении. определенного временного интервала.

Наибольшую выгоду от использования IP-камер со встроенной видеоаналитикой пользователь получает в сочетании с профессиональным программным обеспечением. В настоящее время есть 3 производителя, которые дальше всех зашли в устранении сервера и программного обеспечения. Это Axis Communications, Bosch и MOBOTIX. Из-за высоких цен компания MOBOTIX, вероятно, останется нишевым игроком. В отличие от него Axis и Bosch заложили интеллектуальные функции в камеры невысокой ценовой категории. Однако еще предстоит выяснить, насколько они готовы "обидеть" своих партнеров по софту и чем это все закончится

Гонка за мегапикселями

Компания Axis Communications заявила, что гонка за количество пикселей в камерах окончена. По мнению разработчика, большинство IР-камер сегодня имеют разрешение HD (1,3-2 Мпкс) и никто не заходит дальше 5 Мпкс.

Опрос посетителей портала IPVideoMarket, посвященного IP-видеонаблюдению, показал 53,57 против 31,34% считают, что гонка продолжается и мегапиксели еще не достигли своего предела. 1 5,09% не знают, что думать на этот счет.

Почему в Axis так решили? Они предлагают две основные причины окончания гонки:

  1. Профессиональная оптика для видеокамер рынка безопасности достигла своих пределов.
  2. В качестве изображения достигнута предельная точка. Лишь небольшое число пользователей хотели бы получать большее разрешение, чем то, что доступно на рынке.

В то же время в Axis считают, что начинается интеллектуальная гонка. Сегодня основной тренд - это уход пользователя в мобильный мир Phone. Технические возможности приложений сделали IP-камеры частью мобильного мира.

Как будет продолжаться мегапиксельная гонка? Мегапиксельная битва имеет 3 основных поля для сражения:

  1. улучшение качества при высоком разрешении;
  2. несколько мегапиксельных изображений;
  3. супермегапиксельность.

Улучшение качества при высоком разрешении
Улучшение производительности при низкой освещенности и расширение WDR - это задачи, которые будут решаться в ближайшие годы. Уже при 1080р у камер начинаются проблемы со светочувствительностью и производительностью WDR. Ситуация еще хуже для 5 Мпкс и выше. Производители, которые найдут решение проблемы, смогут получить существенное преимущество на рынке.

Несколько мегапиксельных изображений
Процессоры преодолели ограничения в увеличении чистой скорости за счет добавления новых ядер. А мегапиксельные камеры могут преодолеть предел возможности мегапиксельной оптики, проблемы низкой освещенности и производительности WDR с помощью нескольких изображений.

Подобная система из нескольких мегапиксельных изображений имеется у Arecont Vision и некоторых других вендоров (у Axis таких технологий нет). Соединение нескольких матриц в одном корпусе камеры позволяет добиться значительно большего общего разрешения Например, 4 модуля камер с 2-мегапиксельным объективом каждый обеспечиваете Мпкс в одном "окне". Для широкого мониторинга области (например, 180 или 360 град.) это очень мощное решение.

Компания Arecont предлагает такое решение в течение многих лет и делает на нем хорошие деньги, а конкурентоспособных вариантов до сих пор не появилось. Arecont агрессивно продолжает улучшать разработку, обещая версию 12MnKccWDR.

Супермегапиксельность
Со стороны потребителей имеется спрос на 10, 14 Мпкс и даже выше. Минус, конечно, в том, что реклама супермегапиксельных камер в итоге выходит боком пользователю (хозяину объекта). Почти 95% таких камер в итоге приходится заменять из-за различных претензий Тем не менее продажи идут. Люди любят большие числа и имеющие высокое разрешение камеры - это как количество лошадиных сил в двигателе.

Даже если от огромного количества мегапикселей нет реальной практической пользы, это "открывает двери" к конечным потребителям Ведь круто - сообщать клиентам, что производитель является лидером по числу мегапикселей. Даже если камеры супервысокого разрешения не будут продаваться большими партиями, стремление вендоров быть лидером на рынке супермегапиксельных камер никуда не денется.

Новые бренды

Современный российский рынок предлагает довольно много новых торговых марок мегапиксельных IP-камер. Хотя, если честно, назвать сами торговые марки новыми можно весьма условно. RVi, Sarmat, SpecVision, TANTOS - эти бренды довольно хорошо известны на рынке безопасности благодаря аналоговым видеокамерам и DVR, а теперь они предлагают доступные решения для IP-видеонаблюдения. Кстати, обновленный бренд TANTOS стартовал в январе 2013 г. Вся продукция изготавливается совместно с крупнейшими производителями электронных систем безопасности Кореи, Тайваня и Китая, с использованием самых современных технологий и решений по заказу и под контролем компании "Сатро-Паладин".

Источник: Журнал "Системы безопасности" #2, 2013