Объектив для видеонаблюдения.
Современные технические средства позволяют вести наблюдение из любой точки мира с автоматическим анализом получаемой видеоинформации и своевременным принятием решения в случае тревожных ситуаций.
Круг задач, решаемых с помощью телевизионных систем, постоянно расширяется, что подталкивает разработчиков и производителей такого оборудования на создание новых технических решений.
Благо, рынок технических средств безопасности является одним из самых динамично развивающихся.
Перспективными направлениями развития этой отрасли по нашему мнению являются:
-создание телевизионных систем дальнего наблюдения для обнаружения внештатных ситуаций и тревожных событий на территориально распределенных объектах (водоемах, лесных массивах и т.д.),
-применение камер мультимегапиксельного разрешения для фото- и видео- регистрации с высоким качеством изображения,
-развитие цифровых и компьютерных технологий для формирования, передачи, записи, просмотра и управления потоками получаемой видео информации,
-разработка алгоритмов и программ, предназначенных для обработки и анализа видео информации для решения различного рода задач – обнаружения и идентификации объектов, распознавания образов, регистрации событий, контроля и т.д.
Одной из важнейшей составляющей любой телевизионной системы является объектив, от которого в первую очередь зависит качество формируемого изображения.
На рынке технических средств, предназначенных для ведения телевизионного наблюдения, представлено огромное разнообразие объективов – от простейших малогабаритных типа «Board» до сложных и дорогостоящих оптических систем с возможностью удаленного управления.
Назначение ТВ-камеры и условия ее работы определяют приоритетные требования, как к характеристикам объектива, так и к его функциональным возможностям.
Изменяемые в пространстве (направление и расстояние до наблюдаемого объекта) и во времени (при ведении круглосуточного наблюдения) условия наблюдения (освещения) приводят к необходимости изменения как направления ТВ-камеры, так и адаптации ее характеристик.
Направление ТВ-камеры в зависимости от положения объекта относительно точки наблюдения может быть изменено с помощью поворотного устройства.
Размер наблюдаемой сцены (поля зрения камеры) зависит от расстояния от точки наблюдения до объекта, фокусного расстояния объектива и физического размера фотоприемника ТВ-камеры. При изменении расстояния до объекта возникает необходимость оперативного изменения фокусного расстояния объектива с целью сохранения масштаба изображения.
Изменение освещенности наблюдаемой сцены более чем в 1000 раз приводит к необходимости регулирования количества света падающего на фотоприемник ТВ камеры с помощью диафрагмы объектива.
Диапазон изменения диафрагмы объектива определяет диапазон освещенности, при котором обеспечивается работа ТВ-камеры.
По способу управления диафрагмой существуют объективы:
— с фиксированной диафрагмой;
— с ручной (механической) регулировкой диафрагмы;
— с автоматической регулировкой диафрагмы (АРД);
— с моторизованным приводом узла диафрагмы.
В ряде случаев может возникнуть необходимость в фиксации диафрагмы в заданном положении при дистанционном управлении. Режим работы, позволяющий осуществлять такое управление, называется «OVER-RIDE».
При низкой освещенности наблюдаемой сцены (в ночное время суток) может потребоваться дополнительное освещение с помощью осветительных приборов, работающих, как в видимой части спектра, так и в инфракрасной области.
При этом необходимо изменять спектральную характеристику ТВ-камеры, то есть, диапазона длин волн, в котором она способна работать.
Например, камера с режимом «день-ночь» с механизмом перемещения фильтра, отсекающего инфракрасную область, способна работать в светлое время суток в видимой части спектра, а в ночное с применением инфракрасной подсветки.
Такой механизм может быть встроен как в камеру, так и в объектив. Объектив при этом должен иметь так называемую инфракрасную коррекцию, позволяющую вести наблюдение при смене спектрального состава освещения без потери четкости и без дополнительной фокусировки.
Все это отражается на технических требованиях к объективу, который должен обеспечивать возможность дистанционного управления масштабом изображения, осуществлять регулировку светового потока на фотоприемник камеры и работать в видимой и близкой к ней инфракрасной области спектра без потери качества.
Рассмотрим некоторые особенности, связанные с управлением такими объективами, а также современные системы позиционирования, которые позволяют значительно расширить функциональные возможности систем наблюдения.
С точки зрения управляемости все объективы с изменяемым фокусным расстоянием можно разделить на группы, отличающиеся функциональными возможностями, диапазоном фокусных расстояний, весом, габаритом и, соответственно назначением и областью применения.
Варифокальные объективы с автоматической регулировкой диафрагмы (АРД)
Регулировка таких объективов сводится к установке их на ТВ-камере так, чтобы во всем диапазоне фокусных расстояний обеспечивалась возможность их фокусировки, настройке управляющего сигнала АРД на камере, выбору масштаба (фокусного расстояния) и фокусировке на наблюдаемый объект при полностью открытой диафрагме (при минимальной глубине резкости).
Оперативное изменение масштаба изображения в этом случае невозможно. Как правило, такие объективы применяются в стационарных камерах.
Объективы, которые носят название «Pan Focus»
Относятся к бюджетному варианту объективов типа «Motor ZOOM». Основное отличие этих объективов, ограничивающее их применяемость, и, как следствие, является их недостатком – это отсутствие узла управления фокусировкой.
Однако, наличие моторизованного привода управления масштабом позволяет оперативно изменять масштаб наблюдаемой сцены с удаленного пульта управления.
Фокусировка ТВ-камеры с таким объективом выполняется путем механического сведения (фокусировки) на фиксированное расстояние. Главное достоинство – низкая стоимость.
Модульные и корпусные моторизованные трансфокаторы
Представляют собой совмещенное с камерой конструктивно законченное изделие с интегрированным блоком телеметрического управления режимами. Применяются обычно в купольных поворотных камерах типа «Speed Dome».
Отличаются компактностью и высокой скоростью масштабирования и фокусировки. Современные модели имеют режим автоматической фокусировки и режим «День-Ночь» с механическим перемещением оптического фильтра, отсекающего инфракрасную область.
Дистанционное управление такими камерами чаще всего осуществляется по 2-х проводной линии командами, передаваемыми по RS-232 или RS-422/485, с удаленного пульта управления по выбранному протоколу.
Применение таких модулей требует минимальных затрат на подключение к линии управления и выбору протокола. Следствием компактности является относительно низкая чувствительность по причине малого формата фотоприемника камеры.
Крупноформатные моторизованные трансфокаторы
Это объективы с форматом формируемого изображения от 1/3” до 1 дюйма с фокусным расстоянием до 1000 мм и более различной кратности и светосилы.
Большой различие диапазонов фокусных расстояний и светосилы, и, как следствие, габаритных размеров, веса, и стоимости требует индивидуального подхода к каждой модели.
Особенностью таких объективов является то, что при условии механического сопряжения объектива и камеры (сведении) обеспечивается его фокусировка на выбранное расстояние во всем диапазоне фокусных расстояний (без необходимости дополнительной фокусировки).
Фокусировка в этом случае производится только при изменении дистанции наблюдения.
Для работы в сложных климатических условиях ТВ-камера с трансфокатором помещается в защитный кожух, конструкция которого должна обеспечивать для них необходимые условия — защиту от воздействия внешней среды и температурный режим.
Чувствительность ТВ камеры зависит от формата фотоприемника и светосилы объектива, поэтому телевизионные системы высокой чувствительности отличаются большими габаритными размерами и массой.
Такая камера может устанавливаться на отдельно приобретаемое поворотное устройство, что позволяет вести наблюдение больших территорий.
В большинстве случаев управление масштабом (ZOOM) и фокусировкой (FOCUS) трансфокаторов осуществляется с помощью электродвигателей постоянного тока.
Недостатком таких двигателей является низкая скорость и узкий диапазон ее изменения.
При построении высокоточных скоростных поворотных систем телевизионного наблюдения на базе оптических трансфокаторов необходимо иметь изменяемую по заданному алгоритму скорость поворота, наклона, масштабирования и фокусировки в зависимости от угла обзора камеры.
В этом случае предпочтение следует отдавать шаговым двигателям, скорость которых можно не только изменять в широких пределах, но и контролировать.
Интеграция камеры с оптическим трансфокатором на поворотном устройстве существенно увеличивает функциональные возможности системы видеонаблюдения.
Поворотная ТВ-камера с оптическим трансфокатором в штатном режиме может работать автономно по заданному алгоритму, реагировать на срабатывание датчиков тревог, оповещать охрану в случае несанкционированных действий.
Датчики положения моторизованных приводов позволяют поворотной камере работать по заранее установленным позициям и маршрутам, например, при автономном патрулировании, срабатывании тревожных датчиков и т.д.
Управления поворотной камерой осуществляется с помощью блока телеметрического управления, который может быть выполнен в виде отдельного модуля или интегрирован в само поворотное устройство.
В случае применения IP-технологий, управление поворотной камерой может быть выполнено путем передачи управляющих протоколов по сети TCP/IP удалённому серверу, что позволяет избавиться от дополнительных линий приема-передачи сигналов управления.
При этом в качестве сервера может выступать:
-сервер самой IP-камеры;
-IP-сервер, выполненный в виде самостоятельного изделия;
-IP-сервер, интегрированный в блок телеметрического управления устройства позиционирования.
Высокая стоимость таких поворотных устройств импортного производства, представленных на российском рынке, ограничивает их применяемость.
Что вызывает повышенный интерес к опорно-поворотным устройствам отечественного производства с аналогичными характеристиками, которые уже существуют.
В заключение отметим, что стремительное внедрение и развитие цифровых методов передачи информации с использованием компьютерных сетей, Интернета, мобильной и спутниковой связи позволяют осуществлять видеонаблюдение из любой точки мира с помощью поворотных камер с оптическими трансфокаторами.
Статьи по теме:
Видеонаблюдение
Советы домовладельцам по обеспечению безопасности
Три критических вопроса при выборе видеоаналитики для видеонаблюдения
FCC запрещает авторизацию оборудования для китайских телекоммуникаций и оборудования для видеонаблюдения, которое считается угрозой национальной безопасности
Перенос локального видеонаблюдения в облако
Hanwha Techwin переименовывается в Hanwha Vision
Перспективы использования цифровых систем передачи изображения по радиоканалу
Датчики нейроморфного зрения в смартфонах
Ambarella добавляет новую SoC с поддержкой искусственного интеллекта для камер безопасности
