Телевизионные системы охраны
Высокие темпы развития телевизионной техники последних десятилетий стали основой широкого применения в целях охраны различных объектов систем телевизионного наблюдения или замкнутых телевизионных систем (Closed Circuit TeleVision). Обеспечивая централизованное визуальное наблюдение объектов охраны, автоматический контроль их состояния, документирование действий нарушителя, они выступают в качестве самостоятельных телевизионных систем охраны. Интеграция же телевизионных систем охраны, систем охранно-пожарной сигнализации, компьютерных технологий позволяет создавать многофункциональные комплексные системы безопасности.
Простейшая телевизионная система, обеспечивающая дистанционный визуальный контроль объекта, может быть образована тремя элементами: телевизионной камерой, контрольным монитором и объединяющей их линией связи. В такой системе телевизионная камера осуществляет преобразование визуальной информации в электрический, так называемый, видеосигнал, который по линии связи поступает к контрольному монитору. Монитор выполняет обратное преобразование принятого сигнала, формируя изображение объекта, с помощью которого и осуществляется его визуальный контроль. Рассмотрим некоторые характеристики устройств системы, оказывающие непосредственное влияние на качество визуального контроля объекта охраны.
В подавляющем большинстве современных телевизионных камер преобразование световой энергии в электрический сигнал выполняется с помощью множества полупроводниковых приборов с зарядовой связью (Charge Coupled Devise), образующих, так называемую, ПЗС-матрицу (отсюда, кстати, происходит второе название подобных камер – ПЗС или CCD-камеры). Поверхность ПЗС-матрицы состоит из большого количества светочувствительных ячеек – пикселей, каждый их которых осуществляет преобразование “своего” фрагмента видимого изображения. Очевидно, что в этом случае общее число пикселей матрицы определяет степень “мозаичности” преобразования и, в конечном итоге – качество “картинки”, формируемой телевизионной системой. Чем больше число пикселей имеет ПЗС-матрица, тем, при прочих равных условиях, выше качество телевизионного изображения. Поэтому основными характеристиками подобного преобразователя (и соответствующей CCD-камеры) являются размерность матрицы, указывающая общее число образующих ее пикселей, и формат матрицы, отражающий ее физические размеры. Современные ПЗС-матрицы обычно состоят из 300.000-500.000 пикселей; например, для телекамеры VCC-2972 фирмы Sanyo размерность матрицы составляет 596х795 пикселей. Физические размеры поверхности матрицы, практически не влияя на качество формируемого изображения, определяют габариты CCD-камеры. Сегодня наиболее распространенными являются ПЗС-матрицы с размерами поверхности 2.2х3.6 мм, 3.6х4.8 мм, 4.8х6.4 мм
Не менее важным параметром CCD-камер, влияющим на качество формируемого телевизионного изображения, является разрешающая способность (разрешение). Этот параметр интегрально отображает как характеристики матрицы, так и характеристики электронной схемы формирования видеосигнала камеры. Разрешающая способность определяется максимальным количеством переходов от черного к белому, которые могут быть переданы телевизионной камерой, и измеряется числом соответствующих телевизионных линий. Обычно в технических характеристиках указывается разрешающая способность телекамеры по вертикале. В большинстве случаев разрешение в 380-480 линий, которое обеспечивается современными камерами, оказывается достаточным для целей охраны.
Способность телекамеры формировать доступное для наблюдения телевизионное изображение в условиях минимальной освещенности объекта характеризуется чувствительностью. Для современных камер значение этого параметра как правило находится в диапазоне 0.015-0.6 люкса. Напомним, что значение нижней границы этого диапазона соответствует освещенности открытой местности ночью при неполной луне, значение верхней границы – освещенности в поздних сумерках. Для компенсации изменений освещенности объекта контроля большинство телекамер оснащены, так называемым, электронным затвором (electronic shutter), автоматически поддерживающим оптимальный уровень световой энергии на ПЗС-матрице.
Значения основных характеристик некоторых телевизионных камер представлены в таблице 1.
Композиция видеокадра, получаемого с помощью телекамеры, главным образом определяется параметрами используемого объектива: фокусным расстоянием и углом обзора. Фокусное расстояние объектива характеризует масштаб изображения объекта, угол обзора – широту “охвата” сцены. Эти параметры взаимосвязаны – чем больше фокусное расстояние, тем меньше угол обзора. Объективы, используемые в телевизионных системах охраны, условно подразделяются на три группы: широкоугольные (фокусное расстояние – 2-4.8 мм, угол обзора – 70°-120°), нормальные (фокусное расстояние – 4.8-12 мм, угол обзора – 40°-70°) и узконаправленные (фокусное расстояние – свыше 12 мм, угол обзора – 3°-45°). Существуют объективы с переменным фокусным расстоянием – трансфокаторы (zoom); например, объектив Н16Z7516АМS японской фирмы Computar может изменять фокусное расстояние от 7.5 мм до 120 мм (соответствующий диапазон изменения угла обзора составляет – 46°-3°).
В телевизионных системах охраны в качестве контрольных, как правило, используются специальные телевизионные мониторы с высокими показателями надежности. Основными характеристиками мониторов являются цветность, размер диагонали экрана и разрешение. Мониторы с небольшим экраном (размер диагонали – 5²-12²) используются для наблюдения в полноэкранном режиме; они удобны для компактного размещения в конструктивных стойках. Для одновременного просмотра на экране изображений от нескольких телекамер применяют мониторы с размером диагонали 14², 17², 21². При выборе контрольных мониторов для телевизионных систем охраны и компоновке устройств в дежурном помещении следует учитывать, что рекомендуемое расстояние между оператором и контрольным монитором должно составлять около пяти диагоналей экрана. Разрешающая способность мониторов обычно выше разрешающей способности телекамер и как правило составляет 450-1000 телевизионных линий.
В качестве линий связи в большинстве телевизионных систем охраны используются специальные телевизионные коаксиальные кабели. Они образованы центральной проводящей жилой, покрытой изолирующей оболочкой, которая в свою очередь охватывается экранирующей проводящей оплеткой с внешней изолирующей защитой. Применение специальных кабелей позволяет осуществлять надежную передачу видеосигнала в основной полосе частот на расстояния до 500 метров. При необходимости передачи видеосигнала на большие расстояния дополнительно используются специальные видеопередатчики и видеоприемники. Подводка к телекамере электрического питания и сигналов управления (например, поворотной платформой телекамеры) обычно выполняется с помощью самостоятельной кабельной линии.
Наряду с рассмотренными выше элементами реальная телевизионная система охраны, как правило, содержит дополнительные устройства обработки видеоизображений. Расширяя традиционные функции системы замкнутого телевидения, они позволяют создавать достаточно эффективные системы охраны. Рассмотрим наиболее распространенные устройства обработки видеоизображений, их функции, а также соответствующие структурные схемы телевизионных систем охраны.
Одним из таких устройств является видеомагнитофон, обеспечивающий фиксацию наблюдаемых видеоизображений. Правда, в технических системах охраны применяются не обычные, а специальные видеомагнитофоны длительного времени записи (time lapse recorder). Подобные магнитофоны в зависимости от установленного режима способны вести непрерывную видеозапись в течение 15-960 часов с использованием стандартной 180 минутной кассеты (Е-180). Такой эффект достигается за счет записи только части видеокадров, поступающих в единицу времени от телекамеры. Понятно, что, чем меньшая часть кадров обрабатывается магнитофоном в единицу времени, тем более продолжителен соответствующий режим записи (см. таблицу 2). Очевидно также, что выбор более продолжительного режима записи приводит к потере большего количества видеоинформации и, как следствие, к более низкому качеству получаемых видеосюжетов. Для качественной фиксации информации в критических ситуациях (например, документирование действий нарушителя) специальные магнитофоны имеют возможность вести запись в традиционном трехчасовом режиме – режиме “тревоги”. Инициация режима осуществляется по входу магнитофона – alarm. Особенности реализации длительных режимов записи приводят к повышенному износу используемых носителей информации, поэтому в специальных магнитофонах рекомендуется применять особые видеокассеты (например, Security Master фирмы BASF).
В телевизионных системах охраны, обеспечивающих контроль нескольких объектов, часто используются видеокоммутаторы (video switcher). Они предназначены для управления выводом изображений от нескольких телекамер на один контрольный монитор. Это простые, надежные устройства, которые автоматически в заданной последовательности, на определенное время (обычно от 1 до 90 секунд) подключают выход каждой камеры ко входу контрольного монитора. Большинство современных видеокоммутаторов имеют, так называемые, alarm-входы, число которых соответствует числу видеовходов (числу телекамер системы). Эти входы предназначены для подключения шлейфов охранно-пожарной сигнализации каждого из контролируемых объектов. В случае нарушения режима охраны какого-либо объекта, формируется звуковой сигнал тревоги, процесс “перебора” телекамер приостанавливается, на контрольный монитор выводится изображение с “тревожной” телекамеры, видеомагнитофон переключается в режим трехчасовой записи.
Переходим к рассмотрению 3 учебного вопроса.