ОБЗОР: Уличные телекамеры

А.П. Осокин
Технический специалист компании WIZEBOX

Телекамера - прежде всего, средство получения изображения объекта, выбранного для наблюдения или охраны. Применение той или иной телекамеры обусловлено необходимостью решения одной из двух задач: обнаружения или распознавания. Правильно выбранная телекамера может обеспечить высокое качество изображения наблюдаемого объекта

Системы наружного видеонаблюдения предъявляют особые требования к телекамерам, так как они отличаются от систем, уста-новленных внутри помещений, суровыми условиями эксплуатации, широким диапазоном изменения освещенности, протяженностью секторов обзора, линий питания и передачи видеосигнала, а также большей подверженностью действию дестабилизирующих факторов. В связи с этим в системах наружного видеонаблюдения, как правило, используются специально разработанные и созданные для достижения большей эффективности уличные телекамеры.

Уличная телекамера может быть собрана из камеры, объектива и термокожуха самим монтажником. Однако наиболее простое для пользователя решение - приобретение готовой уличной телекамеры, отличающейся тем, что она собрана из компонентов, совместимость и надежность функционирования которых в условиях наружного наблюдения проверена, подтверждена и протестирована.



На первый взгляд может показаться, что основным отличием уличной телекамеры является только наличие обогреваемого защитного кожуха (термокожуха). Однако это утверждение не совсем верно, так как особенности условий эксплуатации в системах наружного видеонаблюдения предъявляют более строгие требования и к телекамере, и к объективу, и к защитному кожуху. В зависимости от функциональной роли телекамеры в системе уличного видеонаблюдения ее отдельные характеристики могут приобретать большую или меньшую значимость.

Рассмотрим основные типы и параметры уличных телекамер, влияющих на их выбор.

Стационарные или управляемые (телекамеры с устройствами позиционирования)

Телекамеры с устройствами позиционирования в настоящее время не получили широкого распространения в системах наружного наблюдения на территории Российской Федерации и используются крайне редко по двум причинам:

  • сомнительная способность механизмов поворотных устройств надежно выполнять свои функции в суровых климатических условиях России - при минусовых температурах,
  • совокупная стоимость уличной телекамеры с устройством позиционирования и средств управления этой системой выше, чем стоимость нескольких стационарных телекамер, способных перекрыть все секторы обзора управляемой телекамеры.

Цветные или черно-белые

Цветные телекамеры позволяют точнее идентифицировать наблюдаемый объект. Правда, их применение в системах наружного наблюдения довольно ограничено, так как это преимущество пропадает в условиях недостаточной освещенности. Такие телекамеры следует применять только при наличии мощной системы искусственного освещения объекта видеонаблюдения, при этом для лучшей цветопередачи предпочтительно использование флуоресцентных или галогенных ламп.

Цветные телекамеры класса "день/ночь" в условиях хорошей освещенности передают цветное изображение, а при значительном снижении уровня освещенности автоматически переключаются в черно-белый режим; при этом одновременно повышается уровень чувствительности телекамеры. Однако задача круглосуточного распознавания цвета путем применения уличных телекамер этого класса также не может быть решена.

В системах наружного наблюдения значительно большее распространение получили черно-белые уличные телекамеры. Их основными преимуществами являются более высокая разрешающая способность и чувствительность, а также меньшая стоимость. Цветные телекамеры следует применять только в тех случаях, когда они действительно необходимы, например, для идентификации цвета автомобилей.

Разрешающая способность

Одним из важнейших параметров телекамеры является разрешение, определяющее качество получаемого пользователем изображения Разрешение телекамеры зависит от числа пикселей на матрице и от параметров электронной схемы телекамеры. Оно измеряется в телевизионных линиях (ТВЛ).

По этому параметру все черно-белые телекамеры условно делятся на две группы:

  • стандартного разрешения (380-420 ТВЛ),
  • высокого разрешения (570-600 ТВЛ)

Разрешение цветных телекамер несколько хуже:

  • стандартного разрешения (до 380 ТВЛ),
  • высокого разрешения (до 480 ТВЛ)

Чем выше разрешение телекамеры, тем лучше получается изображение. Однако повсеместное использование телекамер высокого разрешения не всегда оправдано, так как в этом случае предъявляются более высокие требования и к средствам отображения, и к пропускной способности, и к объему памяти регистрирующего оборудования, что ведет к значительному удорожанию всей системы видеонаблюдения.

В случае применения телекамеры для решения задачи обнаружения события в довольно узком поле зрения достаточным является использование телекамеры стандартного разрешения. Применение телекамеры с высоким разрешением предпочтительно при необходимости идентификации объекта, появившегося в наблюдаемой зоне.

Чувствительность телекамеры

Еще один немаловажный параметр телекамеры - ее чувствительность, под которой обычно понимают минимальную освещенность на объекте наблюдения, позволяющую различать переход от белого цвета к черному. Этот параметр измеряется в люксах, и в высокочувствительных телекамерах он может достигать значений 10-4 люкс.

Минимальная освещенность, указанная в технических характеристиках телекамер, как правило, измеряется на объективе с определенным относительным отверстием и не учитывает потерь светового потока на стекле смотрового окна термокожуха, которые зависят от степени его загрязненности. На практике минимальная освещенность на объекте наблюдения должна быть в пределах нескольких люкс. Это условие может быть достигнуто путем использования искусственного освещения, включаемого в темное время суток.

При наличии искусственного освещения роль чувствительности телекамеры несколько снижается, так как различия в величине этого параметра у стандартных и высокочувствительных телекамер составляют доли люкса. Однако с учетом того, что на протяженных объектах наблюдения трудно обеспечить равномерную освещенность, при выборе телекамер рекомендуется по возможности отдавать предпочтение телекамерам с более высокой чувствительностью.

Автоматическая регулировка диафрагмы

Одной из особенностей систем наружного видеонаблюдения является то, что освещенность на объекте меняется в очень широких пределах. В естественных условиях средней полосы России освещенность может меняться от 105 люкс (в безоблачный солнечный день) до 5*10-5 люкс (темной облачной ночью). Если даже используется искусственное освещение, освещенность на объекте может изменяться в десятки тысяч раз!

Для адаптации телекамеры к изменению освещенности используют различные средства. Общепризнано, что для систем наружного видеонаблюдения лучшим средством адаптации является автоматическая регулировка диафрагмы (АРД). Автодиафрагма функционирует по принципу автоматической электронно-оптической связи. При понижении уровня сигнала электроника сообщает объективу о необходимости приоткрыть отверстие; если уровень сигнала слишком высок, диафрагма автоматически прикрывается.

При выборе уличной телекамеры необходимо убедиться, что телекамера и объектив реализуют функции АРД.

Угол обзора

Угол обзора каждой телекамеры должен определяться на этапе проектирования системы видеонаблюдения. Он зависит от соотношения формата матрицы и фокусного расстояния объектива. В системах видеонаблюдения используются объективы с фиксированным и переменным фокусным расстоянием - вариофо-кальные объективы (вариообъективы).

Как показывает опыт, правильно выбрать угол обзора телекамеры непросто.

Поэтому на практике в уличных телекамерах все чаще используются вариофокальные объективы. В этом случае в технических характеристиках телекамеры указывается не фиксированный угол обзора, а диапазон возможных углов поля зрения в горизонтальной плоскости. При необходимости угол обзора может быть легко скорректирован.

Встроенный источник питания телекамеры

Протяженность линий питания и их слабая защищенность от электромагнитных помех на объектах наружного видеонаблюдения обуславливает необходимость комплектации телекамеры встроенным источником питания.

Как правило, уличные телекамеры строятся на базе бескорпусных телекамер, в состав которых не входит источник питания. Поэтому в термокожухе уличной телекамеры должен иметься встроенный источник питания с гальванической трансформаторной развязкой, который обеспечивает соблюдение определенных условий ее функционирования:

  • Стабилизированное напряжение питания телекамеры (как правило, это 12 В). Встроенный источник питания необходим даже в том случае, когда напряжение питания уличной телекамеры совпадает с напряжением питания встроенной телекамеры (например, 12 В). Это объясняется наличием в уличной телекамере нагревателя, который является причиной более высокого тока потребления и, следовательно, падения напряжения на линии питания. При этом величина падения напряжения зависит от того, включен в данный момент нагреватель или нет. Очевидно, что при отсутствии встроенного источника о стабилизированном питании телекамеры не может быть и речи.
  • Отсутствие электрической связи между заземляющим проводом (или "минусовым" проводом кабеля питания напряжением постоянного тока) и экраном коаксиального кабеля передачи видеосигнала. Наличие такой связи образует замкнутый колебательный контур, который не только ухудшает качество передаваемого видеоизображения, но и повышает вероятность выхода из строя телекамеры под воздействием электромагнитных помех. Разорвать этот колебательный контур можно только при помощи трансформаторной гальванической развязки встроенного источника питания телекамеры.
  • Защита телекамеры от высоковольтных импульсных помех по линии питания

Защита линии видеосигнала

Вопросы защиты телекамер от грозовых разрядов, высоковольтных импульсных помех и сильных электромагнитных полей очень актуальны для систем наружного видеонаблюдения. Многие производители оборудования передачи данных предупреждают покупателей, что они вправе отказать в гарантийном обслуживании своей продукции в случае использования потребителями "воздушных" линий связи. Трудно представить систему наружного видеонаблюдения, в которой "воздушные" линии отсутствовали бы вообще. Поэтому уличная телекамера должна оснащаться средствами защиты от поражения высоким напряжением.

По линии питания телекамера защищена трансформатором встроенного источника питания, и для защиты телекамеры со стороны линии передачи видеосигнала используются специальные устройства, которые часто называют устройствами грозозащиты.

Рабочий диапазон температур

Рабочий диапазон температур оборудования должен соответствовать температурным условиям климатической зоны, в которой функционирует система наружного видеонаблюдения.

При выборе оборудования необходимо учитывать возможную недобросовестность производителей: например, запись в технических характеристиках телекамеры о безупречном функционировании при температурах "от -60 до +60 °С", скорее всего, означает, что климатических испытаний этой продукции никто никогда не проводил. К сожалению, подобные факты часто выявляются уже в процессе эксплуатации системы наружного видеонаблюдения. Чтобы избежать попадания в такие ситуации, можно только порекомендовать более тщательно выбирать оборудование на этапе проектирования, пользоваться при этом услугами профессионалов и обращать внимание на сложившуюся в отраслевой среде репутацию производителей.

Степень защиты от воздействий окружающей среды

Степень защиты уличной телекамеры от воздействий внешней среды в соответствие с международными стандартами маркируется кодами IP. Желательно, чтобы степень защиты уличной телекамеры соответствовала коду IP66 -полная защита от пыли, защита от сильных водяных струй с любых направлений. Довольно большая линейка оборудования разных изготовителей промаркирована кодами IP с большим значением: IP67 и даже IP68. Однако предположение, что эти коды обозначают более высокую степень защиты от воздействий окружающей среды - ошибочно. В соответствии с шестым разделом ГОСТ 14254-96 оболочки изделий с кодами IP67 и IP68 имеют ограниченное использование и "непригодны для выдерживания воздействий струй воды". На улице такие изделия могут вести себя хуже, чем оборудование с кодами IP66 и даже IP65.

Удобство монтажа

Системы наружного видеонаблюдения отличаются значительно более сложными и опасными условиями монтажа оконечных устройств, так что большое внимание необходимо обратить на создание максимально комфортных и безопасных условий для работы монтажников. В этом плане особого интереса заслуживают появившиеся на отечественном рынке уличные телекамеры, представляющие собой удобный комплект из предварительно настроенной телекамеры в герметичном термокожухе и клеммной коробки, соединенных низкотемпературной гофротрубой. Подобный комплект оборудования максимально подготовлен к конечному применению, все электрические соединения между уличной камерой и клеммной коробкой выполнены производителем. Комплект представляет собой единое целое, переносится одной рукой и легко монтируется на объекте. Наличие клеммной коробки позволяет подключать уличную камеру на объекте без вскрытия термокожуха, дополнительный монтажный адаптер дает возможность существенно сократить время, необходимое для монтажа телекамеры на объекте, и даже поручить персоналу с меньшей квалификацией часть трудоемких операций по монтажу.

Заключение

В настоящее время на отечественном рынке систем видеонаблюдения предлагается достаточно широкий спектр телекамер как зарубежного, так и отечественного производства, имеющих разные технические характеристики и относящихся к разным ценовым категориям При выборе оборудования необходимо помнить, что невозможно приобрести телекамеру, которая давала бы безупречное изображение и в жару, и в мороз, и днем, и ночью, да еще на 180° по горизонтали. Единого технического решения, рассчитанного на все случаи жизни, не существует, поэтому важнейшим аспектом при выборе уличной телекамеры и построении всей системы наружного видеонаблюдения является перечень задач потребителя, которые необходимо решать в процессе эксплуатации В зависимости от сложности и количества этих задач и следует подбирать оборудование для системы видеонаблюдения на конкретном объекте.