Rambler's Top100
Статьи ИКС № 03 2011
Дмитрий КАМЕНЕВ  09 марта 2011

Выбираем IP-видеокамеру

При создании новых систем видеонаблюдения заказчики и инсталляторы все чаще обращают внимание на IP-системы. В чем их преимущество, как правильно выбрать оборудование и каких подводных камней следует опасаться?

Дмитрий КАМЕНЕВ, эксперт по системам безопасности, руководитель интернет-ресурса СBez.ru, технический директор компании Kiber HouseПроанализируем рынок IP-систем и сопоставим полученные данные с реальными потребностями и задачами профессиональных систем телевизионного наблюдения.

 

С каждым днем число брендов, предлагающих IP-камеры, растет. Уже никого не удивишь камерой с разрешением 1 или 2 мегапикселя. Но как тогда производителю заявить о себе, как стать самым лучшим? И вот в «гонку вооружений» включается маркетинговый отдел, и на свет появляются камеры с 5, 10, 12 и даже 16 мегапикселями.

 

Казалось бы, техническому прогрессу нужно только радоваться. Но не будем спешить. Присмотревшись внимательней к характеристикам камер, можно увидеть следующее:

 

Разрешение               4872 x 3248 пикселей
Частота кадров
     3 кадра/с (при полном разрешении)


То есть камера может формировать изображение с разрешением 16 мегапикселей со скоростью всего лишь 3 кадра в секунду. Смоделируем ситуацию реального применения такой IP-камеры, установленной для наблюдения за обстановкой на перекрестке. Предположим, в угол обзора камеры по горизонтали попадает кусок дорожного полотна длиной
20 м. Автомобиль, двигаясь со скоростью 60 км/ч (или 16,7 м/с), преодолевает такое расстояние за 1,2 с. За это время камера сможет зафиксировать автомобиль 3 раза. При возникновении нештатной ситуации (ДТП) вероятность того, что камера ее не зафиксирует, очень высока. А ведь автомобиль может ехать и с большей скоростью. Кроме того, мы еще не затрагиваем тему смазанности изображения движущегося объекта, когда уровень освещенности понижается и камера для повышения чувствительности активирует функцию «медленного затвора». Таким образом, даже на этих трех кадрах автомобиль, возможно, не удастся разглядеть.

 

Вообще, как показывает практика, в охранном видеонаблюдении статическая картинка никому не интересна. Важна динамика, а детализация должна обеспечиваться не только за счет высокого разрешения изображения, но и за счет большого количества кадров. И важным порой может оказаться один-единственный кадр. В некоторых ситуациях даже люди двигаются настолько быстро, что при невысокой скорости съемки эти движения камера может просто «не увидеть».

 

При этом никто не отрицает, что IP-камера имеет массу преимуществ перед аналоговой. В чем они заключаются? Прежде всего в не ограниченном стандартом разрешении изображения и возможности формировать его с прогрессивной разверткой, а при использовании оптоволоконных каналов – передавать сигнал на большие расстояния без потери качества (потерю качества изображения в результате сжатия видео мы в данном случае не учитываем). Все это позволяет уйти от фундаментальных проблем аналогового видео и развиваться дальше. Разберем основные характеристики IP-камеры, на которые следует обратить внимание.

 

Матрица

 

Тип матрицы. На сегодняшний день существуют два основных типа матриц: CMOS и CCD. И у тех, и у других есть свои достоинства и недостатки. Недостатки CMOS-матриц – низкий коэффициент заполнения пикселей, который ведет к снижению чувствительности, высокий уровень шумов, узкий динамический диапазон. Однако у матриц данного типа есть неоспоримые преимущества: высокое быстродействие, низкое энергопотребление, возможность считывания информации с каждой отдельной ячейки и, что немаловажно, низкая стоимость сенсора.

 

Опыт, накопленный в производстве сенсоров CMOS, и новые способы обработки полученного изображения, позволили производителям сделать огромный шаг вперед и добиться качества изображения, близкого, а в некоторых случаях и превосходящего качество изображения сенсоров CCD. Правда, из-за более сложной технологии производства качественных CMOS-сенсоров цена их тоже выросла.

 

Преимущества CCD-матриц – более низкий уровень шумов, больший динамический диапазон и более высокая чувствительность. Недостатки матриц данного типа: высокое энергопотребление и низкое быстродействие. Поэтому CCD-матрицы лучше выбирать для наблюдения за объектом при плохом освещении.

 

Сегодня в IP-камерах все чаще используются CMOS-сенсоры, имеющие большую скорость считывания заряда и, как следствие, формирующие изображение с большей скоростью. При высоком разрешении матрицы этот параметр становится критичным. Поэтому камеры с большой мегапиксельностью предпочтительнее выбирать с матрицей CMOS.

 

Эффективное разрешение. Этот параметр характеризует максимальное разрешение изображения, которое способна формировать данная IP-камера. Естественно, чем оно больше, тем более детализированную картинку можно получить.

 

Формат. Определяет физический размер (площадь) светочувствительного элемента. Возможные варианты: 1”, 2/3”, 1/2”, 1/3”, 1/4”. При одном и том же разрешении матрицы ее больший размер предполагает большую площадь одного пикселя и, следовательно, более высокую чувствительность всего сенсора. Формат матрицы также необходимо знать для правильного выбора объектива.

 

Чувствительность. Под чувствительностью понимают минимальную освещенность объекта, при которой этот объект можно различить. Чувствительность камер указывается при определенной апертуре (как правило, при полностью открытой диафрагме). Реальная чувствительность камеры при других значениях апертуры будет отличаться от заявленной. Производители часто прибегают к маркетинговым уловкам, указывая чувствительность камеры в так называемом режиме накопления заряда. В таком режиме чувствительность доходит до 0,0001 Лк. Вот только польза от применения данной технологии весьма сомнительна, так как при съемке движущегося объекта в режиме накопления заряда объект будет сильно смазан, что отнюдь не повысит информативность изображения, а только ухудшит его распознавание.

 

Динамический диапазон. это количественная оценка способности матрицы одновременно воспринимать максимально яркий и максимально темный элемент поля зрения. На сегодняшний день все больше производителей выпускают камеры с матрицами широкого динамического диапазона, позволяющего уйти от засвеченных и слишком темных участков изображения. Если вы планируете устанавливать камеру в местах, где может возникнуть яркое встречное освещение или присутствует задняя засветка кадра, то широкий динамический диапазон вашей камере просто необходим.

 

Объектив

 

Наряду с матрицей объектив – одна из важнейших характеристик камеры. Ведь именно качество оптической системы – залог качественной «картинки». При выборе объектива необходимо обращать внимание на формат и разрешение сенсора. Важно знать, что если камера мегапиксельная, то ей подойдет только мегапиксельный объектив (причем минимум на ту же мегапиксельность), который позволит формировать видео-изображение без геометрических и хроматических аберраций.

 

Фокусное расстояние. Объективы могут иметь фиксированное фокусное расстояние или изменяемое (варифокальные объективы). Варифокальные объективы, в свою очередь, делятся на объективы с ручной регулировкой фокусного расстояния и с дистанционной. Для построения обзорных систем видеонаблюдения рекомендуется использовать камеры с фиксированным фокусным расстоянием объектива. Там, где невозможно изначально точно рассчитать угол обзора камеры, необходим варифокальный объектив. Камеры с трансфокаторами применяются там, где требуется иметь возможность общего и детального обзора объекта.

 

Фокусное расстояние объектива и формат матрицы определяют угол обзора видеокамеры, который задает зону захвата изображения по горизонтали и вертикали. Однако не следует думать, что, выбрав максимальный угол обзора для всех видеокамер, мы добьемся наилучшего эффекта. При больших углах обзора изображение объектов становится отдаленней и меньше. Поэтому, если камера должна, например, идентифицировать человеческие лица, а на экране мы видим человека в полный рост, то вполне вероятно, что своему назначению она отвечать не будет – идентификация лиц в таких условиях будет невозможна.

 

Диафрагма. Это устройство, выполняющее роль «зрачка» для светочувствительного элемента видеокамеры. При ярком освещении отверстие диафрагмы, пропускающее свет на матрицу, сужается, предотвращая «ослепление» камеры; при низкой освещенности диафрагма полностью открывается, позволяя «захватить» максимально возможное количество света. Диафрагма может иметь ручную и автоматическую регулировку. В условиях постоянно меняющейся освещенности на объекте необходимо использовать объективы с автоматической регулировкой диафрагмы. Для количественной оценки возможностей диафрагмы введено понятие апертуры.

 

Апертура. Значение апертуры количественно соответствует диаметру отверстия диафрагмы. Обозначение обычно имеет вид f/2,0. Чем меньше число при f, тем больше апертура, тем шире открыта диафрагма, тем больше света может попасть на матрицу. Важной характеристикой объектива является максимальная апертура (т.е. соответствующая полностью открытой диафрагме). Именно это значение приводится в технической документации камеры. У варифокальных объективов апертура обычно указывается в виде диапазона двух значений (например, f/1,4 – f/8) – при минимальном и максимальном фокусном расстоянии.

 

Другие характеристики

 

Частота кадров при максимальном разрешении. От этого параметра зависит, будем ли мы смотреть с данной камеры видео или что-то вроде набора слайдов. Частота кадров определяется мощностью DSP-процессора, формирующего изображение. Приведенный в начале статьи пример показывает, что важна скорость формирования изображения именно при максимальном разрешении.

 

Электронный затвор. Это программно-аппаратный механизм, регулирующий время накопления заряда и скорость считывания информации с сенсоров. Может быть автоматическим или ручным. Высокая скорость срабатывания затвора критична, когда ведется съемка быстро движущихся объектов – тогда изображение не смазывается. А в условиях высокой освещенности она предотвращает перенасыщение пикселей светом, что позволяет удерживать яркость выходного сигнала в заданных пределах.

 

Отношение сигнал/шум. Выражаемая в децибелах безразмерная величина, равная отношению мощности полезного сигнала к мощности собственного шума чипа, который отвечает за обработку и усиление видеоизображения. Является количественной оценкой содержания паразитных шумов в полезном сигнале. В видеокамере номинальное отношение сигнал/шум показывает качество обработки изображения и величину вносимых собственных шумов в уровень полезного сигнала. Чем больше это отношение, тем меньше помех и искажений будет иметь изображение на экране монитора.

 

Алгоритм компрессии. На сегодняшний день самым передовым является кодек H.264 (MPEG4 part 10 или AVC). Основной его недостаток – более высокая требовательность к аппаратным ресурсам по сравнению с другими кодеками, например MPEG 4 part 2 или MJPEG. Достоинства: более качественная картинка при меньшем размере цифрового потока. H.264 предусматривает семь профилей. В сетевом видеонаблюдении обычно используются базовый (baseline), основной (main) и высокий (high) профили, которые выбираются в зависимости от необходимого качества изображения и пропускной способности сети. Поэтому желательно, чтобы у IP-камеры была возможность выбора профиля.

 

Формирование двух потоков изображения. Для уменьшения нагрузки на сервер хранения видеоархива целесообразно параллельно с записью потока изображения в архив организовать его трансляцию в сеть для просмотра видео в реальном времени. В IP-сетях для этих целей используется протокол IGMP (Internet Group Management Protocol). Но чтобы такое решение было возможным, IP-камера должна поддерживать формирование двух независимых потоков изображения: один – для видеоархива, второй – для просмотра в реальном времени.

 

Существует также масса дополнительных характеристик, таких как технологии обработки изображения, повышения чувствительности и понижения шума. У каждого производителя они имеют собственные названия, но, по сути, используют одни и те же методы (кто-то хуже, кто-то лучше), и определить, чья технология более выигрышна, можно лишь при сравнении конкретных моделей камер.

 



Новые технологии требуют от проектировщиков IP-систем больших знаний. Поэтому, планируя создавать систему видеонаблюдения, важно доверить выбор IP-камер профессионалам. Ведь приобретая оборудование для системы безопасности, вы выбираете не только «железо», но и собственную безопасность. Задача же экспертов по системам безопасности объяснить, к чему нужно стремиться при построении систем IP-видеонаблюдения.  икс 

Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!
Поделиться: