Как выбрать камеры для видеонаблюдения?

Камеры – ключевой элемент системы видеонаблюдения, от их выбора в значительной мере зависит эффективность работы, качество изображения, возможности применения. Камеры видеонаблюдения различаются множеством характеристик.

Различия между аналоговыми и цифровыми камерами

Для начала нужно сделать выбор между аналоговой и цифровой IP-камерой. Аналоговые камеры появились значительно раньше цифровых. Они принимают изображение в форме композитного сигнала и в этой же форме передают на видеорегистратор. Цифровые преобразуют звуковой, видеосигнал в цифровой (оцифровывают).

Актуально ли еще использование аналоговых камер?

У аналоговых камер есть ряд преимуществ, прежде всего, доступная стоимость, простота подключения, настройки и обслуживания. Обычные (CVBS) камеры могут передавать проводной сигнал на довольно большое расстояние, длина композитного кабеля достигает 300-350 м. Передача осуществляется без задержек, а видео занимает меньше места на жестком диске.

Несмотря на эти достоинства камеры CVBS (к ним относятся стандарты CIF, VGA, D1, 960H) на базе CCD (ПЗС) матриц практически вышли из употребления и считаются устаревшими. Они совместимы только с аналоговыми регистраторами, значительно уступают цифровым моделям в плане разрешения матрицы, четкости и детализации изображения. Но им на смену пришли аналоговые камеры новых стандартов, которые составляют достойную конкуренцию цифровым.

Аналоговые камеры новых стандартов

В современных аналоговых камерах используются новые технологии, которые обеспечивают более высокое разрешение, поэтому их еще называют HD-аналоговыми (от английского High Definition, то есть высокое разрешение). К этой категории относится ряд стандартов, некоторые используются только определенными разработчиками и производителями оборудования для видеонаблюдения, другие открытые. Во всех камерах новых стандартов используется КМОП (CMOS) матрица, которая отличается быстродействием, и ISP процессор, который повышает качество изображения за счет особенностей обработки.

Стандарт AHD

AHD – Analog High Definition – открытый стандарт, взятый на вооружение многими производителями. С помощью таких устройств можно модернизировать уже существующую аналоговую систему, совмещать камеры разных брендов. Им присущи общие для всех аналоговых моделей достоинства – простота эксплуатации, отсутствие задержек при передаче сигнала.

Специфические преимущества стандарта AHD:

• цена незначительно выше, чем у традиционных CVBS камер;
• дальность передачи сигнала без потерь до 500 м по коаксиальному кабелю, до 150 м – по витой паре;
• качественное изображение с разрешением до 8 Мп, то есть 3840×2160 пикселей;
• передача по одному кабелю звука, видео и управления, нетребовательность к качеству кабеля.

Из недостатков следует упомянуть:

• несовместимость с цифровыми DVR-регистраторами, необходимость использования гибридных с поддержкой AHD;
• невозможность передачи сигнала напрямую на монитор, сервер, необходимость использования промежуточного преобразующего устройства (видеорегистратора);
• затухание сигнала (потеря детализации) на больших расстояниях (от 100 м);
• недостаточная устойчивость к помехам;
• возможность подключения к одному регистратору ограниченного количества устройств.

Стандарт HD TVI

Технология HD TVI изначально была разработана для камер бренда Hikvision и применяется преимущественно в продукции этого бренда, хотя стандарт открытый, доступный другим производителям систем видеонаблюдения.

Камеры этого стандарта обладают теми же достоинствами, что устройства AHD:

• невысокие затраты на сами камеры и инфраструктуру;
• дальность передачи до 500 м по кабелю RG59, до 200 м по витой паре CAT5;
• использование одного кабеля для сигналов 3 типов;
• нулевая задержка;
• совместимость с аналоговыми моделями старого образца, с оборудованием стандарта HD TVI независимо от бренда, возможность использования проложенной ранее коаксиальной сети;
• разрешение до 8 Мп, возможности видеоаналитики.

Недостатки:

• камеры этого стандарта совместимы только с регистраторами HD-TVI;
• к видеорегистратору этого стандарта можно подключать любые аналоговые камеры, но для подключения цифровых нужен довольно дорогой аналоговый декодер;
• при передаче сигнала на дальние расстояния увеличивается уровень помех.

Стандарт HDCVI

CVI расшифровывается как Composite Video Interface, то есть композитный видеоинтерфейс. Стандарт закрытый (запатентованный), поддерживается и контролируется компанией Dahua. Данная технология имеет немало общего с предыдущими – возможность передачи по коаксиальному кабелю 3 типов сигнала, разрешение до 1080 р, отсутствие задержки, простота установки камер.

Особые преимущества стандарта HDCVI:

• технология квадратурной амплитудной модуляции исключает перекрестные искажения аналогового сигнала;
• высокая устойчивость к помехам за счет передачи на частоте ниже 50 Гц. разделению сигналов яркости и цветности;
• функция ASC – автоматической коррекции сигнала – обеспечивает передачу на значительные расстояния без искажений, при разрешении 720 р расстояние может даже превысить традиционные для HD-аналоговых стандартов 500 м (650 м при использовании кабеля РК-75-5).

К недостаткам можно отнести то обстоятельство, что технология закрытая, защищена правами интеллектуальной собственности, используется только компанией Dahua и теми, кто приобрел у нее лицензию. Это обусловливает ограниченную совместимость с оборудованием других производителей.

Turbo HD

Turbo HD – технология разработчика Hikvision, по сути, это не принципиально новый стандарт, а усовершенствованный HD TVI. Основное преимущество данной технологии перед другими HD аналоговыми – возможность обеспечить разрешение свыше 2 Мп. Недостатки те же, что у технологии TVI – совместимость только с видеорегистраторами аналогичного стандарта.

Отличительные особенности IP камеры

Принцип действия IP камер заключается в оцифровывании потока, который при передаче сжимается и кодируется. Вместо коаксиального кабеля сигнал передается по сетевому кабелю — по витой паре.

У IP-устройств много достоинств:

• изображение четкое, качественное, разрешение у некоторых моделей достигает 12 Мп;
• открываются широкие возможности для видеоаналитики, распознавания мелких деталей (например, номерных знаков);
• сигнал от нескольких камер можно передавать по одному кабелю;
• возможности применения PoE технологии – один кабель используется в качестве сигнального и слаботочного;
• камера сама выполняет кодирование и сжатие, поэтому может работать без видеорегистратора, отсылать сигнал непосредственно на монитор или в облачное хранилище, многие модели имеют встроенную память для хранения записей;
• возможность объединения большого количества камер, широкие возможности масштабирования, модернизации и оптимизации системы видеонаблюдения;
• удобство удаленного доступа, использование облачных технологий, возможность просмотра записей на смартфоне, компьютере.

Не лишены они и ряда недостатков:

• более высокая стоимость, обусловленная сложностью технологии и производственными затратами;
• для построения системы нужно знание IP технологий, без специалиста не обойтись;
• сжатие и кодирование приводит к незначительной задержке и появлению «артефактов» – участков со слабой четкостью;
• скорость передачи падает при высокой загрузке каналов, видео зависает;
• требуется большой объем памяти для хранения данных;
• цифровая система уязвима для атак хакеров, воздействия вирусов, подвержена сбоям;
• к уже существующей сети с коаксиальными кабелями и чисто аналоговыми (не гибридными) регистраторами цифровые камеры подключить нельзя, необходима полная замена инфраструктуры.

Особенности HD SDI камер

SDI это редкий стандарт, расшифровывается как Serial Digital Interface (серийный цифровой интерфейс). HD-SDI или HD CCTV камеры – компромисс между цифровыми и аналоговыми технологиями. Сигнал передается цифровой, но кабель используется композитный. Впрочем, к его качеству, как и к качеству разъемов, предъявляются более высокие требования, чем при построении классических аналоговых систем. Альтернатива – более дорогой оптоволоконный кабель. SDI камеры в отличие от IP передают изображение без сжатия. Плюс заключается в моментальной передаче и наилучшем качестве изображения, ни один другой стандарт не обеспечивает такой четкости. Минус в том, что видео занимает большой объем памяти, время хранения на жестком диске ограничено, поскольку его нужно периодически очищать под новые записи, а под архив нужно очень вместительное хранилище. Другие особенности камер:

• по кабелю передается видео и аудиосигнал;
• разрешение FullHD;
• по цене камеры этого типа занимают промежуточное положение между аналоговыми и IP;
• дальность передачи ниже, чем у аналоговых камер, 100-150 м;
• камеры достаточно просты в монтаже, могут использоваться для модернизации аналоговой кабельной инфраструктуры (при условии использования высококачественного коаксиального кабеля);
• защищенность от электромагнитных помех не очень высокая, зато сигнал защищен от хакерских, вирусных атак.

SDI камеры классифицируются как профессиональные и востребованы там, где нужно сочетание высокой четкости изображения, возможностей видеоаналитики с передачей сигнала в режиме реального времени.

Выбор камер видеонаблюдения: ключевые параметры

Как правило, в первую очередь при выборе интересуются технологией обработки и дальнейшей передачи данных. Не менее важны исполнение корпуса, технические характеристики объектива, матрицы и другие функциональные особенности камеры.

Аналоговая или цифровая система?

Если камерами комплектуется уже существующая система видеонаблюдения, они должны выбираться в соответствии с типом регистратора и кабельной инфраструктуры. При построении системы с нуля нужно ориентироваться на ряд параметров.

Современные аналоговые камеры:

• хороший выбор при ограниченном бюджете (сами устройства дешевле плюс экономия на подключении, настройке, обслуживании);
• рентабельны, если для организации видеонаблюдения достаточно небольшого количества камер (как правило, до 16).
• востребованы на объектах значительной площади, при удаленности камер от регистратора;
• предпочтительней при низком качестве интернет-соединения, IP модели к нему более требовательны;
• наконец, если уже существует инфраструктура на основе коаксиального кабеля, расширить ее проще и дешевле с применением аналоговых устройств (для подключения цифровых нужен конвертер).

Цифровые камеры стоит выбрать:

• если необходимо разрешение более 2 Мп, видеоаналитика;
• при объединении в систему нескольких десятков камер. Хотя сами камеры дороже, ниже затраты на инфраструктуру;
• если есть готовая сеть передачи цифрового сигнала, к которой можно подключить камеры;
• если в перспективе намечается значительно масштабирование, расширение системы.

Место установки

По исполнению камеры делятся на:

• уличные, для наружного видеонаблюдения;
• внутренние, для установки в помещении.

Первые могут эксплуатироваться в более широком температурном диапазоне, защищены от проникновения влаги, пыли (IP65 и выше). Они также подходят для установки в неотапливаемых помещениях. Уличную модель можно использовать внутри помещения (хотя это нерентабельно, такое исполнение дороже), но не наоборот.

Также есть такое понятие как вандалозащищенное исполнение, то есть высокопрочный, устойчивый к механическим повреждениям корпус. Этот параметр важнее для наружной установки, хотя в ряде случаев антивандальные характеристики востребованы и в помещениях. Нужно учитывать особенности объекта (частный дом или общественное место с большой проходимостью), контингент посетителей, криминальную обстановку в районе.

Угол обзора и фокусное расстояние

Эти два параметра взаимосвязаны, причем зависимость обратная. Чем меньше фокусное расстояние (ФР, f), тем больше угол обзора и наоборот. ФР прямо пропорционально расстоянию до объекта наблюдения и размеру стороны матрицы, обратно пропорционально размерам объекта. Оптимальную величину можно вычислить исходя из характеристик матрицы и объекта. Также существуют таблицы для определения подходящих для конкретной цели характеристик камеры.

Общий принцип выбора:

• если нужно сосредоточиться на конкретном объекте, расположенном в нескольких десятках метров от камеры, подойдет длиннофокусный объектив (f=8 и больше мм) с углом обзора 30-70°;
• для охвата большой территории без акцентирования внимания на отдельных объектах стоит выбрать широкоугольный объектив 70-140° с f=2,8 или 3,6;
• если нужна детализация изображения, а расстояние до объекта наблюдения средне-приближенное, не превышает 10 м, лучшим решением будет камера с объективом, угол обзора которого соответствует возможностям человеческого глаза (60°).

Отдельного упоминания заслуживает такая разновидность широкоугольных камер как панорамные типа рыбий глаз. Их монтируют под достаточно высоким потолком для кругового обзора 360°. Они востребованы там, где важно обеспечить видеонаблюдение без слепых зон, например, в ТЦ, на складах, в заведениях общественного питания. Такие модели искажают изображение по краям. Решением этой проблемы является мультисенсорная панорамная камера с 4 и больше широкоугольными объективами. Это дорогие профессиональные модели, востребованные на крупных объектах государственного значения.

Также следует учитывать, что помимо фиксированных объективов с неизменным фокусным расстоянием есть:

• вариофокальные, в которых ФР можно менять вручную;
• трансфокальные, ФР меняется удаленно посредством электропривода.

Светочувствительность камеры и условия освещения

Светочувствительность камеры – это минимальный уровень освещенности, при котором она способна фиксировать четкое изображение:

• стандартной считается светочувствительность в диапазоне 0,1-1 Лк (люкс), такая камера может работать при искусственном освещении, дневном свете, в сумерках и в полнолуние;
• несколько сотых Лк (0,01-0,09) – высокая светочувствительность, достаточная для видеосъемки безлунной ясной ночью (при свете звезд);
• несколько тысячных (0,001-0,009) Лк – сверхвысокая светочувствительность, позволяющая вести съемку ночью, когда небо затянуто облаками и не видно ни луны, ни звезд, а также в практически темном помещении со слабым или отдаленным источником света.

Поскольку уровень освещенности вокруг камер на протяжении суток постоянно меняется, в них обычно применяются технологии, которые позволяют регулировать количество света, попадающего на матрицу. Регулировать можно величину отверстия (раствор) диафрагмы объектива и выдержку (скорость электронного затвора). Модели, где регулируемый только затвор, а диафрагма фиксированная, подходят для условий с незначительными колебаниями освещенности.

Наличие широкого динамического диапазона — WDR

В продвинутых моделях  есть функция WDR, то есть широкого динамического диапазона, Wide Dynamic Range. Она позволяет компенсировать перепады освещенности на разных участках зоны, которая попадает в кадр. Зачастую те объекты, что находятся в тени, на видео получаются затемненными, а участки, на которые попадает яркий солнечный или искусственный свет, оказываются засвеченными. Технология WDR позволяет в ходе цифровой обработки сигнала перераспределять яркость, чтоб все участки в кадре были одинаково хорошо различимы, информативны.

Камеру с WDR стоит приобрести для наблюдения:

• за входной дверью в слабоосвещенное помещение, снаружи которого все залито ярким солнечным светом;
• за въездом в темный гараж, туннель;
• за участками на границе света и тени;
• внутри помещений с большим количеством светоотражающих поверхностей;
• в условиях, когда мимо камеры часто проезжают машины с включенными фарами.

Цветная или черно-белая камера?

Некоторые детали важно видеть в цвете, поэтому цветное изображение в ряде случаев более информативно, но черно-белые камеры отличаются более высокой светочувствительностью. Все представленные на современном рынке камеры видеонаблюдения могут вести цветную видеосъемку, так что вопрос выбора между цветной и монохромной камерой не стоит. Скорее, нужно обратить внимание на наличие режима ночного видения.

Режим день/ночь и ИК подсветка

Недостаточно высокую светочувствительность камеры можно компенсировать наличием инфракрасной подсветки, которая позволяет вести съемку в условиях минимальной освещенности. Матрица камер с ночным видением отличается повышенной чувствительностью к волнам ИК-диапазона, регистрирует излучение даже днем, что приводит к искажению цветопередачи. Поэтому камеры с подсветкой работают в двух режимах:

• день – цветная съемка при внешнем освещении;
• ночь – черно-белая съемка при светодиодной ИК-подсветке.

Функция день/ночь может быть реализована по-разному. В бюджетных камерах чувствительность матрицы в дневное время ограничивается посредством электронного управления, в ночное время срабатывает фотодатчик, цветная съемка отключается, а чувствительность матрицы повышается вдвое. Более сложные модели оснащены подвижным, смещаемым ИК-фильтром (ICR) с электромеханическим приводом. Днем он закрывает матрицу и отсекает излучение инфракрасного спектра, в том числе то, что попадает на нее с солнечными лучами. При низком уровне освещенности ICR сдвигается, а вместо него устанавливается светопрозрачный фильтр. В камерах с такой системой светочувствительность матрицы в темноте повышается примерно в 10 раз, что обеспечивает значительно лучшую цветопередачу днем и четкость изображения ночью.

Вывод

Камеры видеонаблюдения нужно выбирать в соответствии с имеющейся инфраструктурой и масштабами системы. Также нужно учитывать условия, в которых ведется видеонаблюдение (в помещении или на улице, только днем или круглосуточно, в условиях хорошей или слабой освещенности). Имеют значение особенности объекта наблюдения – удаленность от камеры, размеры, требования к качеству изображения, важность мелких деталей. Ассортимент камер видеонаблюдения широк и разнообразен, для любых целей и условий можно подобрать модель с оптимальными характеристиками.