Як вибрати камери для відеоспостереження?

Камери – ключовий елемент системи відеоспостереження, від їх вибору значною мірою залежить ефективність роботи, якість зображення, можливості застосування. Камери відеоспостереження розрізняються безліччю характеристик.

Відмінності між аналоговими та цифровими камерами

Для початку потрібно зробити вибір між аналоговою та цифровою IP-камерою. Аналогові камери з’явилися значно раніше цифрових. Вони приймають зображення у формі композитного сигналу та в цій же формі передають на відеореєстратор. Цифрові перетворюють звуковий, відеосигнал в цифровий (оцифровують).

Чи досі актуально використання аналогових камер?

У аналогових камер є ряд переваг, перш за все, доступна вартість, простота підключення, налаштування й обслуговування. Звичайні (CVBS) камери можуть передавати провідний сигнал на досить велику відстань, довжина композитного кабелю сягає 300-350 м. Передача здійснюється без затримок, а відео займає менше місця на жорсткому диску.

Незважаючи на ці переваги камери CVBS (до них належать стандарти CIF, VGA, D1, 960H) на базі ПЗС-матриць практично вийшли з ужитку та вважаються застарілими. Вони сумісні тільки з аналоговими реєстраторами, значно поступаються цифровим моделям в плані роздільної здатності матриці, чіткості та деталізації зображення. Але їм на зміну прийшли аналогові камери нових стандартів, які складають гідну конкуренцію цифровим.

Аналогові камери нових стандартів

В сучасних аналогових камерах використовуються нові технології, які забезпечують більш високу роздільну здатність, тому їх ще називають HD-аналоговими (від англійського High Definition, тобто висока роздільна здатність). До цієї категорії відноситься ряд стандартів, деякі використовуються тільки певними розробниками та виробниками обладнання для відеоспостереження, інші відкриті. У всіх камерах нових стандартів використовується КМОП (CMOS) матриця, яка відрізняється швидкодією, та ISP процесор, який підвищує якість зображення за рахунок особливостей обробки.

Стандарт AHD

AHD – Analog High Definition – відкритий стандарт, взятий на озброєння багатьма виробниками. З допомогою таких пристроїв можна модернізувати вже існуючу аналогову систему, поєднувати камери різних брендів. Їм притаманні загальні для всіх аналогових моделей привабливі риси – простота експлуатації, відсутність затримок при передачі сигналу.

Специфічні переваги стандарту AHD:

• ціна незначно вище, ніж у традиційних CVBS камер;
• дальність передачі сигналу без втрат до 500 м по коаксіальному кабелю, до 150 м – по витій парі;
• якісне зображення з роздільною здатністю до 8 Мп, тобто 3840×2160 пікселей;
• передача по одному кабелю звуку, відео та управління, невимогливість до якості кабелю.

З недоліків слід згадати:

• несумісність з цифровими DVR-реєстраторами, необхідність використання гібридних з підтримкою AHD;
• неможливість передачі сигналу безпосередньо на монітор, сервер, необхідність використання проміжного перетворюючого пристрою (відеореєстратора);
• затухання сигналу (втрата деталізації) на довгих лініях;
• недостатня завадостійкість;
• можливість підключення до одного реєстратора обмеженої кількості пристроїв.

Стандарт HD TVI

Технологія HD TVI спочатку була розроблена для камер бренду Hikvision і застосовується переважно у продукції цього бренду, хоча стандарт відкритий, доступний іншим виробникам систем відеоспостереження.

Камери цього стандарту мають тими ж переваги, що пристрої AHD:

• невисокі витрати на самі камери та інфраструктуру;
• дальність передачі до 500 м по кабелю RG59, до 200 м по CAT5, до 100 – по витій парі;
• використання одного кабелю для сигналів 3 типів;
• нульова затримка;
• сумісність з аналоговими моделями старого зразка, з обладнанням стандарту HD TVI незалежно від бренду, можливість використання прокладеної раніше коаксіальної мережі;
• роздільна здатність до 1080 р, можливості відеоаналітики.

Недоліки:

• камери цього стандарту сумісні тільки з реєстратором HD-TVI;
• до відеореєстратора цього стандарту можна підключати будь-які аналогові камери, але для підключення цифрових потрібен досить дорогий аналоговий декодер;
• при передачі сигналу на далекі відстані збільшується рівень перешкод.

Стандарт HDCVI

CVI розшифровується як Composite Video Interface, тобто композитний відеоінтерфейс. Стандарт закритий (запатентований), підтримується та контролюється компанією Dahua. Дана технологія має чимало спільного з попередніми – можливість передачі по коаксіальному кабелю 3 типів сигналу, дозвіл до 1080 р, відсутність затримки, простота установки камер.

Особливі переваги стандарту HDCVI:

• технологія квадратурної амплітудної модуляції виключає перехресні спотворення аналогового сигналу,
• висока стійкість до перешкод за рахунок передачі на частоті нижче 50 Гц, розділення сигналів яскравості та кольоровості;
• функція ASC – автоматичної корекції сигналу – забезпечує передачу на значні відстані без спотворень, при роздільній здатності 720 р відстань може навіть перевищити традиційні для HD-аналогових стандартів 500 м (650 м при використанні кабелю РК-75-5).

До недоліків можна віднести ту обставину, що технологія закрита, захищена правами інтелектуальної власності, використовується тільки компанією Dahua та тими, хто придбав у неї ліцензію. Це обумовлює обмежену сумісність з обладнанням інших виробників. Також обладнання дещо складніше в установці, ніж моделі AHD і TVI стандартів.

Turbo HD

Turbo HD – технологія розробника Hikvision, по суті, це не принципово новий стандарт, а вдосконалений HD TVI. Основна перевага даної технології перед іншими HD аналоговими – можливість забезпечити роздільну здатність понад 2 Мп. Недоліки ті ж, що у технології TVI – сумісність тільки з відеореєстраторами аналогічного стандарту.

Особливості IP камери

Принцип дії IP камер полягає в оцифровуванні потоку, який при передачі стискається та кодується. Замість коаксіального кабелю сигнал передається за мережевим, найчастіше за витою парою.

У цих пристроїв чимало переваг:

• зображення чітке, якісне, роздільна здатність у деяких моделей досягає 12 Мп;
• відкриваються широкі можливості для відеоаналітики, розпізнавання дрібних деталей (наприклад, номерних знаків);
• сигнал від декількох камер можна передавати по одному кабелю;
• можливості застосування PoE технології – один кабель використовується в якості сигнального та слабкострумового;
• камера сама виконує кодування та стиснення, тому може працювати без відеореєстратора, посилати сигнал безпосередньо на монітор або в хмарне сховище, багато моделей мають вбудовану пам’ять для зберігання записів;
• можливість об’єднання великої кількості камер, широкі можливості масштабування, модернізації та оптимізації системи відеоспостереження;
• зручність віддаленого доступу, використання хмарних технологій, можливість перегляду записів на смартфоні, комп’ютері.

Не позбавлені вони й ряду недоліків:

• більш висока вартість, обумовлена складністю технології та виробничими витратами;
• для побудови системи потрібно знання IP-технологій, без фахівця не обійтися;
• стиснення та кодування призводить до незначної затримки та появи «артефактів» – ділянок зі слабкою чіткістю;
• швидкість передачі падає при високому завантаженні каналів, відео зависає;
• потрібен великий обсяг пам’яті для зберігання даних;
• цифрова система вразлива для атак хакерів, впливу вірусів, схильна до збоїв;
• до вже існуючої мережі з коаксіальними кабелями та чисто аналоговими (не гібридними) реєстраторами цифрові камери підключити не можна, необхідна повна заміна інфраструктури.

Особливості HD-SDI камер

SDI це досить рідкісний стандарт, розшифровується як Serial Digital Interface (серійний цифровий інтерфейс). HD-SDI або HD CCTV камери – компроміс між цифровими та аналоговими технологіями. Сигнал передається цифровий, але кабель використовується композитний. Втім, до його якості, як і до якості роз’ємів, пред’являються більш високі вимоги, ніж при побудові класичних аналогових систем. Альтернатива-дорожчий оптоволоконний кабель.

SDI камери на відміну від IP передають зображення без стиснення. Плюс полягає в моментальної передачі та найкращій якості зображення, жоден інший стандарт не забезпечує такої чіткості. Мінус в тому, що відео займає великий обсяг пам’яті, час зберігання на жорсткому диску обмежений, оскільки його потрібно періодично очищати під нові записи, а під архів потрібно дуже містке сховище. Інші особливості камер:

• по кабелю передається відео та звук;
• роздільна здатність FullHD;
• за ціною камери цього типу займають проміжне положення між аналоговими й IP;
• дальність передачі нижче, ніж у аналогових камер, 100-150 м;
• камери досить прості в монтажі, можуть використовуватися для модернізації аналогової кабельної інфраструктури (за умови використання високоякісного коаксіального кабелю);
• захищеність від електромагнітних перешкод не дуже висока, зате сигнал захищений від хакерських, вірусних атак.

SDI камери класифікуються як професійні та затребувані там, де потрібне поєднання високої чіткості зображення, можливостей відеоаналітики з передачею сигналу в режимі реального часу.

Вибір камер відеоспостереження: ключові параметри

Як правило, в першу чергу при виборі цікавляться технологією обробки та подальшої передачі даних. Не менш важливі виконання корпусу, технічні характеристики об’єктива, матриці та інші функціональні особливості камери.

Аналогова або цифрова система?

Якщо камерами комплектується вже існуюча система відеоспостереження, вони повинні вибиратися відповідно до типу реєстратора та кабельної інфраструктури. При побудові системи з нуля потрібно орієнтуватися на ряд параметрів.

Сучасні аналогові камери:

• хороший вибір при обмеженому бюджеті (самі пристрої дешевше плюс економія на підключенні, налаштуванні, обслуговуванні);
• рентабельні, якщо для організації відеоспостереження досить невеликої кількості камер (як правило, до 16);
• затребувані на об’єктах значної площі, при віддаленості камер від реєстратора;
• кращій вибір при низькій якості інтернет-з’єднання, IP моделі до нього більш вимогливі;
• нарешті, якщо вже існує інфраструктура на основі коаксіального кабелю, розширити її простіше та дешевше із застосуванням аналогових пристроїв (для підключення цифрових потрібен конвертер).

Цифрові камери варто вибрати:

• якщо необхідна роздільна здатність більше 2 Мп, видеоаналітика;
• при об’єднанні в систему декількох десятків камер. Хоча самі камери дорожче, нижче витрати на інфраструктуру;
• якщо є готова мережа передачі цифрового сигналу, до якої можна підключити камери;
• якщо в перспективі намічається значне масштабування, розширення системи.

Місце установки

За виконанням камери діляться на:

• вуличні, для зовнішнього відеоспостереження;
• внутрішні, для установки в приміщенні.

Перші можуть експлуатуватися в більш широкому температурному діапазоні, захищені від проникнення вологи, пилу (IP65 і вище). Вони також підходять для установки в неопалюваних приміщеннях. Вуличну модель можна використовувати всередині приміщення (хоча це нерентабельно, таке виконання дорожче), але не навпаки.

Також є таке поняття як вандалозахисне виконання, тобто високоміцний, стійкий до механічних пошкоджень корпус. Цей параметр більш важливий для зовнішньої установки, хоча в ряді випадків антивандальні характеристики затребувані і в приміщеннях. Потрібно враховувати особливості об’єкта (приватний будинок або громадське місце з великою прохідністю), контингент відвідувачів, кримінальну обстановку в районі.

Кут огляду та фокусна відстань

Ці два параметри взаємопов’язані, причому залежність зворотна. Чим менше фокусна відстань (ФВ, f), тим більше кут огляду й навпаки. ФВ прямо пропорційна відстані до об’єкта спостереження та розміру сторони матриці, обернено пропорційна розмірам об’єкта. Оптимальну величину можна обчислити виходячи з характеристик матриці й об’єкта. Також існують таблиці для визначення характеристик камери у відповідності до конкретної мети.

Загальний принцип вибору:

• якщо потрібно зосередитися на конкретному об’єкті, розташованому в декількох десятках метрів від камери, підійде довгофокусний об’єктив (f=8 і більше мм) з кутом огляду 30-70°;
• для охоплення великої території без акцентування уваги на окремих об’єктах варто вибрати ширококутний об’єктив 70-140° з f=2,8 або 3,6;
• якщо потрібна деталізація зображення, а відстань до об’єкту спостереження середньо-наближена, не перевищує 10 м, кращим рішенням буде камера з об’єктивом, кут огляду якого відповідає можливостям людського ока (60°).

Окремої згадки заслуговує такий різновид ширококутних камер як панорамні типу риб’яче око. Їх монтують під досить високою стелею для кругового огляду 360°. Вони затребувані там, де важливо забезпечити відеоспостереження без сліпих зон, наприклад, в ТЦ, на складах, в закладах громадського харчування. Такі моделі спотворюють зображення по краях. Вирішенням цієї проблеми є мультисенсорна панорамна камера з 4 та більше ширококутними об’єктивами. Це дорогі професійні моделі, затребувані на великих об’єктах державного значення.

Також слід враховувати, що крім фіксованих об’єктивів з незмінною фокусною відстанню є:

• варіофокальні, в яких ФВ можна змінювати вручну;
• трансфокальні, ФВ змінюється віддалено за допомогою електроприводу.

Світлочутливість камери й умови освітлення

Світлочутливість камери – це мінімальний рівень освітленості, при якому вона здатна фіксувати чітке зображення:

• стандартною вважається світлочутливість в діапазоні 0,1-1 Лк (люкс), така камера може працювати при штучному освітленні, денному світлі, в сутінках і при світлі місяця;
• кілька сотих Лк (0,01-0,09) – висока світлочутливість, достатня для відеозйомки безмісячної ясної ночі (при світлі зірок);
• кілька тисячних (0,001-0,009) Лк – надвисока чутливість, що дозволяє вести зйомку вночі, коли небо затягнуте хмарами та не видно ані місяця, ні зірок, а також у практично темному приміщенні зі слабким або віддаленим джерелом світла.

Оскільки рівень освітленості навколо камер протягом доби постійно змінюється, в них зазвичай застосовуються технології, які дозволяють регулювати кількість світла, що потрапляє на матрицю. Регулювати можна величину отвору (розчин) діафрагми об’єктива та витримку (швидкість електронного затвора). Моделі, де регульований тільки затвор, а діафрагма фіксована, підходять для умов з незначними коливаннями освітленості.

Наявність широкого динамічного діапазону — WDR

У просунутих моделях є функція WDR, тобто широкого динамічного діапазону, Wide Dynamic Range. Вона дозволяє компенсувати перепади освітленості на різних ділянках зони, яка потрапляє в кадр. Найчастіше ті об’єкти, що знаходяться в тіні, на відео виходять затемненими, а ділянки, на які потрапляє яскраве сонячне або штучне світло, виявляються засвіченими. Технологія WDR дозволяє в ході цифрової обробки сигналу перерозподіляти яскравість, щоб всі ділянки в кадрі були однаково добре помітні, інформативні.

Камеру з WDR варто придбати для спостереження:

• за вхідними дверима в слабкоосвітлене приміщення, зовні якого все залите яскравим сонячним світлом;
• за в’їздом в темний гараж, тунель;
• за ділянками на кордоні світла та тіні;
• усередині приміщень з великою кількістю світловідбиваючих поверхонь;
• в умовах, коли повз камеру часто проїжджають машини з увімкненими фарами.

Кольорова або чорно-біла камера?

Деякі деталі важливо бачити в кольорі, тому кольорове зображення в ряді випадків більш інформативне, але чорно-білі камери відрізняються більш високою світлочутливістю. Всі представлені на сучасному ринку камери відеоспостереження можуть вести кольорову відеозйомку, так що питання вибору між кольоровою та монохромною камерою не постає. Швидше, потрібно звернути увагу на наявність режиму нічного бачення.

Режим день/ніч і ІЧ підсвічування

Недостатньо високу світлочутливість камери можна компенсувати наявністю інфрачервоного підсвічування, яка дозволяє вести зйомку в умовах мінімальної освітленості. Матриця камер з нічним баченням відрізняється підвищеною чутливістю до хвиль ІЧ-діапазону, реєструє випромінювання навіть вдень, що призводить до спотворення передачі кольору. Тому камери з підсвічуванням працюють у двох режимах:

• день – кольорова зйомка при зовнішньому освітленні;
• ніч – чорно-біла зйомка при світлодіодному ІЧ-підсвічуванні.

Функція день/ніч може бути реалізована по-різному. В бюджетних камерах чутливість матриці в денний час обмежується за допомогою електронного управління, в нічний час спрацьовує фотодатчик, кольорова зйомка відключається, а чутливість матриці підвищується вдвічі. Більш складні моделі оснащені рухомим ІЧ-фільтром (ICR), що зміщується, з електромеханічним приводом. Вдень він закриває матрицю та відсікає випромінювання інфрачервоного спектра, в тому числі те, що потрапляє на неї з сонячними променями. При низькому рівні освітленості ICR зсувається, а замість нього встановлюється світлопрозорий фільтр. В камерах з такою системою світлочутливість матриці в темряві підвищується приблизно в 10 разів, що забезпечує значно кращу передачу кольору вдень і чіткість зображення вночі.

Висновок

Камери відеоспостереження потрібно вибирати відповідно до наявної інфраструктури і масштабів системи. Також треба враховувати умови, в яких ведеться відеоспостереження (в приміщенні чи на вулиці, тільки вдень або цілодобово, в умовах достатньої або слабкої освітленості). Мають значення особливості об’єкта спостереження – віддаленість від камери, розміри, вимоги до якості зображення, важливість дрібних деталей. Асортимент камер відеоспостереження широкий і різноманітний, для будь-яких цілей і умов можна підібрати модель з оптимальними характеристиками.