Лекция 1. Введение. История развития систем видеонаблюдения

Содержание

Лекция 1. Введение. История развития систем видеонаблюдения

Цель лекции: изучение основ истории развития систем видеонаблюдения

Содержание лекции: возникновение систем охранного телевидения. Аналоговые системы. Видеокоммутаторы, квадраторы, мультиплексоры, видеорегистраторы

Одним из наиболее распространенных технических средств защиты является система охранного телевидения (система видеоконтроля), которая активно используется в средствах защиты самого широкого круга государственных, коммерческих и частных объектов. Простота установки, настройки, надежность в эксплуатации сделали возможным применение охранного телевидения в небольших частных магазинах, пансионатах, особняках и даже жилых квартирах.

Главным привлекательным качеством охранного телевидения является возможность не только фиксировать нарушение режима охраны объекта, но и контролировать обстановку вокруг объекта, определять причины срабатывания охранной сигнализации, вести скрытое наблюдение и производить видеозапись охраняемого места или предмета, фиксируя движение нарушителя. Перечисленные возможности охранного телевидения сделали этот вид технических средств защиты самым популярным на Западе. Все банки используют в своих зданиях разветвленную телевизионную сеть охраны. В магазинах всех категорий также широко используется охранное телевидение, с помощью которого ведется наблюдение за торговыми залами и ценными предметами. Установлены камеры видеонаблюдения для контроля за автомобильным движением. Практически остается очень мало сфер деятельности, где бы не использовались данные системы.

В отечественной и зарубежной практике такую телесистему иногда называют по-другому: замкнутая (закрытая) видеоаппаратура (Closed Circuit Video Equipment - сокращенно CCVE), иногда ССТV. Термин "замкнутое - закрытое" показывает принципиальное отличие от обычного телевидения, с помощью которого можно принимать различные телепрограммы, настраиваясь на различные передающие каналы. В системе же охранного телевидения на экране монитора принимается изображение от одной или нескольких видеокамер, установленных в определенных местах. Кроме оператора (охранника), никто не может наблюдать это изображение, поэтому такую систему называют закрытой и замкнутой.

Повышенный интерес криминальных сообществ к объектам, характеризующимся наличием значительных денежных средств, материальных или культурных ценностей, вызвал необходимость комплексного подхода к решению проблемы обеспечения их безопасности. В частности, подразумевается применение интегрированных средств охраны (ИСО), которые включают в себя средства видеоконтроля, охранно-пожарной сигнализации, контроля доступа, инженерные средства защиты и т.п., объединенные общей системой управления и предназначенные для совместной работы.

Телевизионные системы видеоконтроля (ТСВ) можно назвать основным звеном ИСО. Однако ТСВ относятся к разряду довольно сложной и дорогостоящей техники, поэтому необходимо иметь четкое представление о принципах работы, тактико-технических и функциональных возможностях этой аппаратуры. Неоспоримые достоинства ТСВ определили быстро растущий спрос на них, что привело к появлению на рынке разнообразной специальной телевизионной техники. Однако зачастую поставщики и продавцы во имя прибыли предлагают заказчику аппаратуру низкого качества и неквалифицированные услуги. Нередко и покупатели не имеют достаточного опыта. В результате на важных объектах можно встретить непрофессионально спроектированные системы. Проектируя охранную телевизионную систему, обычно принимают в расчет заявленную в паспорте разрешающую способность телевизионной камеры. Исходя из этого, определяют зоны наблюдения и места установки телевизионных камер, вычисляют углы поля зрения и выбирают объективы. Затем закупают регистраторы, мультиплексоры, видеомагнитофоны и другие устройства. Монтажники прокладывают кабели, устанавливают телекамеры и аппаратуру, и, наконец, система включается. С первого взгляда, все работает нормально, на мониторах видны изображения помещений и территорий объекта. Но при первом же инциденте выясняется, что лицо нарушителя невозможно различить. Не виден номер въезжающего автомобиля, а иногда невозможно даже различить его марку. В темное время суток дела обстоят еще хуже: изображения деталей размыты, движущиеся объекты смазаны. В результате, телевизионная система, вместо полноценного наблюдения, предоставляет службе охраны функции, близкие к возможностям обычных охранных датчиков. Происходит это из-за того, что при проектировании системы не учитываются реальная разрешающая способность телевизионных камер и ее зависимость от освещенности, глубина резкости, а также потери разрешающей способности в кабельной сети и других устройствах.

С самого зарождения фотографии многие задавались вопросом, как запечатлеть "движущиеся картинки" вместо неподвижных изображений. В 1877 г. Эдвард Майбридж (Edward Muybridge) провел эксперимент: лошадь бежит по треку, а 24 неподвижных фотокамеры по очереди снимают ее. Когда все 24 изображения рассматривали в быстром темпе, казалось, что лошадь двигается.

Двадцатью годами позже, в 1889, был изобретен кинетоскоп. Этот прибор имел небольшое отверстие для того, чтобы смотреть внутрь ящика. Внутри ящика было колесо с изображениями, вмонтированными в него. Колесо приводилось во вращение при помощи рукоятки. При вращении рукоятки создавалась иллюзия движущегося изображения. Вместе с изобретением целлулоидной пленки Ганнибалом Гудвином в 1889 г. индустрия движущихся картинок стала развиваться еще быстрее. Много лет, дополнившись звуком и цветом, целлулоидная пленка была стандартом киноиндустрии. И только в 1956 г. компания под названием "Ампекс" (Ampex) выпустила на рынок первый коммерчески жизнеспособный ленточный видеорегистратор (Video Tape Recorder, VTR) модели VR-1000. VR-1000 имел четыре головки и записывал черно-белые изображения + две звуковые дорожки на широкой (2 дюйма) магнитной ленте. Конечно, эти машины использовались только для целей коммерческого телевидения, так как стоили очень дорого. Только в 70-х ленточные видеорегистраторы стали достаточно недорогими и прочными, чтобы использоваться буквально кем угодно.

С изобретением недорогих видеокамер и кассетных видеорегистраторов (Video Cassette Recorder - VCR) родилась и индустрия локального телевидения (CCTV - Industry) - в том виде, в котором она известна сейчас. Конечно, имелись противоречия, такие, как два разных видеостандарта, разработанных для ТВ - PAL, в основном, в Европе и Азии и NTSC для Северной Америки и Японии, а также различия в форматах между BETA и VHS. Применение стандартных кассетных видеорегистраторов породило две основные проблемы для CCTV - индустрии: на каждую видеокамеру требовался отдельный видеорегистратор и при стандартной скорости записи пленки хватало только на два часа. Таким образом, для записи четырех камер в течение 24 часов потребовалось бы четыре видеорегистратора и 48 кассет плюс человек, обязанностью которого было бы менять кассеты. Но решения были найдены быстро и по обеим проблемам.

Чтобы производить регистрацию в течение длительного периода времени, производители изобрели лентопротяжный механизм, который мог работать в старт-стопном режиме и записывать, таким образом, изображения по отдельности. Подбирая количество стартов и остановок, стандартная двухчасовая лента могла быть использована для записи 12 часов, если регистрировать со скоростью 5 кадров/с, вместо стандартных 30 (в NTSC формате). Кроме того, так как каждое изображение или видеокадр состоит из двух полей, то, если записывать только одно поле вместо обычных двух, ленты будет хватать на 24 часа, и ее надо будет менять только раз в сутки. Этот режим сегодня известен как стандартный 24-часовой режим с прерывистой записью сигнала (24 - Hour Time Lapse Mode). Варьируя команды "старт" и "стоп", может быть достигнута длительность записи 72, 480 и даже 960 часов.

Система с последовательным коммутатором была предназначена для наблюдения за обстановкой в маленьких магазинах, частных домах, квартирах, на автомобильных стоянках. Центральное устройство, коммутатор, используется для ручного или автоматического переключения изображения от многих камер на монитор. Однако, чем больше камер, тем больше временные пробелы между индивидуальными камерами. Поэтому пришли системы картинка в картинке и квадро. Эти системы электронным способом захватывают два или четыре изображения и создают единый видеопоток, который и регистрируется. По такой технологии все камеры регистрируются в одно и то же время, но так как каждая является только частью реального видеоизображения, качество оставляет желать лучшего. Такая система была предназначена для установки в больших домах, гаражных кооперативах, на автомобильных стоянках, офисах, магазинах и обеспечивала удобный просмотр изображений от четырех видеокамер. Квадратор можно было использовать для записи, подключив к нему видеомагнитофон. На видеомагнитофон в этом случае записываются изображения всех четырех видеокамер одновременно. Изображения от четырех камер через квадратор выводятся на один монитор в формате мультиэкрана 2х2 и позволяют полностью контролировать ситуацию. В отличие от коммутаторов, квадраторы могут разделяться по обработке цветного и черно-белого видеосигналов.
При выборе квадратора появились дополнительные возможности: - возможность обработки изображения в реальном времени ("живая" картинка); выполнение функций коммутатора (вывод изображения от любой камеры в полноформатном режиме, автолистание); возможность выдачи текстовой информации на экран; наличие тревожных входов; детекция пропадания видеосигнала от любой видеокамеры с запоминанием последнего кадра, со звуковым оповещением и выводом соответствующей текстовой информации на экран. В дальнейшем развитии получили распространение более сложные системы видеоохраны, которые обеспечивают не только видеонаблюдение и видеозапись обстановки, а также автоматическое включение тревожного режима за счет обнаружения движения в контролируемой зоне. В случае обнаружения движения нарушителя в одном или нескольких маркерных окнах детектор движения выдает сигнал тревоги, включающий видеомагнитофон в непрерывную запись тревожного события, контрольный видеомонитор начинает показывать ситуацию в охраняемой зоне в реальном масштабе времени. В приведенной системе видеоохраны используется два видеомонитора. Один, видеомонитор оператора, подключается непосредственно на квадратор и, по желанию оператора показывает распахнутое или квадрированное изображение от всех четырех видеокамер с рамками маркерных окон охраны. Второй видеомонитор, контрольный, подключается к видеомагнитофону и показывает только квадрированное изображение, записываемое на видеомагнитофон. Спецвидеомагнитофон либо постоянно записывает квадрированное изображение, либо включается при возникновении тревожной ситуации. Аналоговые детекторы движения обычно имеют небольшое число зон обнаружения (до 4 зон), поэтому такие устройства ставились для охраны малопосещаемых внутренних помещений.
В середине 1980-го пришел самый последний прибор - мультиплексор. В то время как последовательный переключатель не мог переключать быстрее, чем раз в секунду, мультиплексор мог переключать до 20 раз в секунду, делая возможным регистрацию 16 различных камер в пределах одной секунды. Требование к кассетным видеорегистраторам записывать со скоростью 20 изобр./с привело к появлению 24 - часового режима реального времени - но не за счет старт-стопного режима, а за счет уменьшения скорости движения ленты по сравнению со стандартной. Установка таких систем осуществлялась в супермаркетах, банках, казино, заводах, больницах, многоэтажных автомобильных стоянках (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Система видеорегистрации с мультиплексором

Мультиплексор позволяет записывать изображения от нескольких (обычно до 16) видеокамер на один спецвидеомагнитофон. Изображения от видеокамер пишутся на видеомагнитофон в полноэкранном режиме без ухудшения разрешения (в отличие от записи квадрированного изображения с квадратора). Благодаря последовательной записи кадров от всех каналов, мультиплексор незаменим при записи большого количества видеокамер на один видеомагнитофон. Кроме того, в подавляющем большинстве моделей мультиплексоров есть встроенный детектор движения, который, как было отмечено выше, обнаруживает движение в контролируемой зоне. При изменении изображения той или иной видеокамеры, мультиплексор ведет более подробную запись на видеомагнитофон с «тревожной» видеокамеры. В результате чаще пишутся кадры с той видеокамеры, где обнаружено движение. Этим экономится и без того ограниченное место на видеокассете, а при воспроизведении уменьшается дискретность изображения. Кроме детекторов движения, мультиплексоры обычно имеют входы для подключения охранной сигнализации (их влияние на режим записи аналогично детекторам движения) и детектор пропадания видеосигнала. Мультиплексоры можно разделить на несколько классов по типу - на симплексные, дуплексные и триплексные.

Через всю историю CCTV проходит требование регистрации все большего и большего количества изображений, чтобы сохранить столько доказательств, сколько возможно. Но, в конце концов, с введением в практику работы мультиплексора, оказалось, что проблема не в том, чтобы зарегистрировать как можно больше изображений, а в том, чтобы найти требуемое изображение.