вторник, 19 марта 2013 г.

Как правильно выбрать IP-камеру по оптическим характеристикам

 
Для того, чтобы построить грамотную систему IP-видеонаблюдения, необходимо выбрать правильные камеры. Причем желательно сделать это за разумные деньги, не переплачивая за ненужный функционал или технические особенности. Как известно, некоторые IP-камеры значительно дороже аналоговых или WEB-камер, соответственно при неправильном выборе, можно получить слишком большую сумму проекта, которая не влезет в «бюджет». Давайте разберемся в некоторых основных оптических характеристиках IP-камер, в чем их отличие и где какие камеры рационально будет применять. В качестве примера конкретных моделей будем использовать линейку IP-камер производства D-link, благо она представлена достаточно широко и позволит нам в полной мере раскрыть все варианты применения.
Первое что мы видим в описании камер это размер светочувствительного элемента, который называют сенсором или матрицей. При дальнейшем описании мы будем отталкиваться от матриц CMOS-типа, как основных применяемых в IP-камерах. Размер матриц традиционно указывают в виде дробной части одного дюйма, например 1/5" или 1/2.7 ". Эти обозначения пришли к нам еще с 50-х годов прошлого века, как стандартные значения трубок телекамер. Нам же важно знать, что чем больше цифра после дроби, тем меньше физический размер самой матрицы.  Чем меньше матрица, тем меньше светового потока она может принять в единицу времени. Это значит, что камеры с маленькими сенсорами относительно нормально работают только при стабильном дневном или искусственном освещении. Также, чаще всего, от размера матрицы напрямую зависит количество пикселей, которые могут на ней поместиться. В итоге «картинка» будет среднего качества и небольшого разрешения. Логично, что чем больше размер матрицы, тем лучшее изображение мы получим.

Прежде чем попасть на матрицу, поток света проходит через группу линз называемую объективом. От характеристик объектива зависит качество получаемого изображения, а также стоимость самой камеры. Объективы бывают встроенные и съемные. Расстояние от внутренней оптической плоскости объектива до матрицы называется фокусным расстоянием, оно выражается в миллиметрах и обычно указывается в характеристиках той или иной камеры. При определенном значении фокусного расстояния и в зависимости от размера самой матрицы мы получаем  угол обзора камеры. Традиционно его указывают в 3-х значениях;  по горизонтали, по вертикали и по диагонали.

Чаще всего встроенные объективы имеют фиксированное значение фокусного расстояния и соответственно, камеры с такими объективами передают изображение с постоянными углами обзора. В более профессиональных, а соответственно и более дорогих, камерах может использоваться объектив с переменным фокусным расстоянием. Такие объективы еще называют варифокальными.  Если может меняться фокусное расстояние, значит, могут меняться и углы обзора самой камеры c одной и той же точки съемки.

Как уже было сказано выше, камеры с небольшими по размеру матрицами могут адекватно обработать меньше светового потока. Это значит, что увеличение угла обзора может негативно повлиять на качество получаемого изображения, так как увеличится  количество этого самого потока. Поэтому недорогие камеры начального уровня предлагаются с фиксированным значением фокусного расстояния и небольшим углом обзора. В более дорогих моделях, соотношение размера матрицы, фокусного расстояния и характеристик объектива подобрано таким образом, чтобы получить качественное изображение при любых возможных углах обзора.

Есть еще одна очень важная характеристика в камерах, о которой необходимо упомянуть. Если световой поток будет попадать на матрицу постоянно, то количество этого света будет слишком большим для нормальной обработки. Для того, чтобы этого не происходило в каждой камере существует электронный затвор и диафрагма. С помощью затвора на определенное время выдержки открывается доступ светового потока проецируемого объективом на матрицу через специальное  отверстие, диафрагму.

Значение диафрагмы в камерах указываются буквой F и числовым знаменателем, например F3.4 или f/2.0. Чем больше цифра в знаменателе, тем меньше отверстие и, следовательно, меньше света попадает на светочувствительный элемент камеры. Диафрагма также прямо влияет на глубину резкости (чем больше отверстие, тем меньше глубина резкости). Значение диафрагмы в камерах обычно подобрано очень четко и  его значение имеет прямую зависимость от размера и характеристик матрицы.


Бывают ситуации, когда световые лучи падают на объектив с разной интенсивностью и изображение получается с темными и светлыми зонами. Например, камера захватывает темный угол комнаты и окно с солнечным светом, одновременно. Как же сделать так, чтобы изображение было равномерным? Для этих целей в некоторых камерах присутствует технология WDR (Wide Dynamic Range).  Суть этой технологии в том, что каждый кадр изображения снимается 2 раза с разным значением выдержки затвора.


В итоге, наложив полученные кадры друг на друга, можно получить качественное изображение, на котором нет слишком ярких и темных участков. Реализация технологии WDR ощутимо повышает стоимость камер, но значительно расширяет варианты их применения.

Для того, чтобы получить изображение с камеры в условиях слабого или отсутствующего освещения, в некоторых моделях реализована возможность так называемой «ночной съемки». В этом режиме, камеры автоматически переходят на получение изображения с помощью инфракрасной подсветки, вмонтированной непосредственно в саму камеру. Встроенная подсветка дает возможность получить изображение на расстоянии от 5 до 50 метров, в зависимости от количества и мощности инфракрасных светодиодов. Для того, чтобы камера смогла переключиться в режим ночной съемки, у нее должен быть ICR (Infrared Cut filter mechanically Removable) — механически сдвигаемый ИК-фильтр, расположенный перед матрицей камеры. Возникает вопрос, а зачем вообще сдвигать какой-то фильтр и усложнять конструкцию? Дело в том, что инфракрасный свет невидим для человеческого глаза, но камера "видит" как диапазон видимого спектра, так и ближний ИК-диапазон от 700 до 1000 нм.


Таким образом, в дневное время инфракрасное излучение влияет на качество изображения камеры, что приводит к искажению цвета и контраста, а также к размытию картинки, поскольку излучение в широком диапазоне длин волн преломляется объективом камеры неодинаково. Для того, чтобы избежать нежелательных побочных эффектов, вызванных инфракрасным излучением в дневное время, ИК-фильтр с помощью механического привода сдвигается, закрывая светочувствительную матрицу камеры. Следовательно, в режиме ночной съемки, то есть при использовании инфракрасной подсветки, необходимо убирать этот фильтр, иначе изображением с камеры будет просто темное пятно. Это происходит автоматически при ухудшении освещения, и зависит от светочувствительности матрицы в камере. Важно отметить, что в некоторых камерах ИК-фильтр не сдвигаемый, такие модели не предполагаются для видеонаблюдения в условиях слабой освещенности, и логично, не имеют на «борту» инфракрасной подсветки. Есть также модели, в которые есть ICR-фильтр, но нет встроенной инфракрасной подсветки, такие камеры функционально готовы к внешнему ИК-освещению.  Также следует знать, что при использовании инфракрасной подсветки изображение с камеры будет черно-белым.

Целью этой статьи было рассказать про «оптические» характеристики камер. Описание же других составляющих, таких как; тип конструкции, виды подключения к сети, способы записи и воспроизведения, наличие дополнительных разъемов и многое другое, являются темой для отдельного материала. Но даже полученная здесь информация позволяет нам смело переходить к выбору IP-камер для различных систем видеонаблюдения. В качестве примера, как и обещали, обратимся к линейке IP-камер D-link.

Самые недорогие камеры D-link оснащаются  сенсорами с размером  1/5"  - это модели DCS-930L, DCS-932L и DCS-942L. В этих моделях небольшой фиксированный угол обзора (около 45 градусов) и среднее значение светочувствительности матрицы. Данные камеры рационально использовать в местах со стабильным освещением, для общего видеонаблюдения без каких-либо дополнительных требований, например в доме, небольшом офисе или магазине. Максимальное разрешение этих камер 640х480 точек.

Следующий сегмент камер можно охарактеризовать как универсальные, подходящие для разDCS-930Lных вариантов применения. Эти модели имеют сенсоры  1/4" (DCS-21xx, DCS-23xx, DCS-52xx, DCS-7xxx),  1/3" и 1/2,7" (DCS-22xx, DCS-61xx, DCS-74xx) и могут давать изображение с максимальным разрешением от 1280х800(720P, HD) до 1920x1080(1080P, FullHD) соответственно. В этих моделях оптимально подобраны характеристики объектива, матрицы и диафрагмы для получения максимально четкого и качественного  изображения. Есть модели с ночной съемкой и без, а также варианты с корпусом для уличного применения (DCS-2310L, DCS-7010L, DCS-7110, DCS-7413).

Все эти камеры, в зависимости от технических условий, можно применять для организации видеонаблюдения на складах, производстве, в крупных офисных и торговых центрах, на стоянках и многих других местах. В общем, везде, где необходимо получить детализированную «картинку», например черты лица, денежные купюры или номера машин. Фиксированные горизонтальные углы обзора таких камер варьируются от 45 до 77 градусов.

Отдельно стоит рассмотреть модели камер с варифокальным объективом, то есть те, в которых можно изменить угол обзора, или для большей детализации, или для большего обхвата изображения. К таким моделям относятся DCS-3112, DCS-3710, DCS-3716, DCS-7513 и их углы обзора имеют диапазон от 35 до 122 градусов в зависимости от модели. Все эти камеры, кроме DCS-3112, также имеют в своем арсенале технологию WDR (Wide Dynamic Range), и предлагаются к применению в системах видеонаблюдения на объектах с нестабильным или резко меняющимся освещением, а также в места, где необходима максимальная детализация в нужной точке.

Например,  наблюдение за потоком транспорта или автостоянки (яркий свет от солнца, блики от фар), ночные клубы или концертные залы (свет от стробоскопов и зеркальных шаров), кассовые залы банков и других финансовых структур (различать денежные банкноты и фиксировать лица людей около касс). Все это, правда не мешает использовать такие камеры для «обычного» видеонаблюдения, и естественно будет давать более качественное «помехоустойчивое» изображение, если позволит бюджет на их приобретение.

К уникальным, по своим оптическим характеристикам, можно отнести модель DCS-6010L.В этой камере, при матрице 1/3,2" и диафрагме F2.0, фокусное расстояние всего 1,25мм и объектив особой конструкции, что в совокупности дает угол обзора 180! градусов по горизонтали и 180! по вертикали при максимальном разрешении 1600х1200 точек. Такие типы камер еще называют  Fisheye или Рыбий глаз. Оригинальное изображение получается круглым и для получения «нормальной» картинки необходима специальная цифровая коррекция, которая встроена в арсенал возможностей этой модели.


Очевидно, что такой большой угол обзора делает эту камеру идеальным решением для общего видеонаблюдения «всего и сразу». Использовать ее можно внутри помещений при естественном освещении, инфракрасной подсветки и ICR-фильтра в это модели нет.

Надеемся, что полученная в этой статье информация поможет вам в выборе оборудования для систем видеонаблюдения.

А. Чикалкин
Источник: Украинский Телекоммуникационный Портал


















Комментариев нет:

Отправить комментарий