Мегапиксельные камеры с CMOS-матрицей.

Мегапиксельные камеры с CMOS-матрицей.

Все возрастающий интерес рынка безопасности к мегапиксельным IP-камерам стимулирует переход CCTV на принципиально новый уровень, которым является телевидение высокой четкости. Мегапиксельные IP-камеры, преимущества которых – высокое разрешение, высокая скорость формирования изображения, цифровое представление, обработка и передача сигнала, действительно являются недостающим звеном настоящей цифровой системы.
В настоящее время в качестве формирователя изображения в мегапиксельных IP-камерах используются светочувствительные матрицы CCD (ПЗС – прибор с зарядовой связью) и CMOS (КМОП – комплиментарная структура металл-оксид-полупроводник) с разрешениями от 1,3 до 8 Мп.
Важным преимуществом CMOS-матрицы является объединение на одном кристалле аналоговой и цифровой части устройства, т есть, непосредственно светочувствительных элементов и процессора обработки сигнала. Фактически каждый пиксель снабжен собственным усилителем, благодаря чему можно точно регулировать время его экспонирования. Принципиальные различия, обусловленные технологическими особенностями, приведены в таблице. Они позволяют оценить преимущества и недостатки каждой из технологий.

Чувствительность
Характерный показатель чувствительности для мегапиксельных CMOS-камер ниже по сравнению с камерами на базе CCD. Разумеется, если речь идет о матрицах одинакового формата. Это связано с тем, что фотодиод светочувствительной ячейки занимает существенно меньшую площадь элемента матрицы по сравнению с CCD. Важно также отметить, что производители мегапиксельных камер жестко связаны форматом объективов, используемых в CCTV, и как следствие используют CMOS-матрицы формата 1/3, 1/2, реже 2/3 дюйма. С увеличением разрешения чувствительность матрицы падает из-за уменьшения площади пикселя. Однако технология CMOS неуклонно развивается, и чувствительность камер растет. Кроме того, производители используют широко известные в охранном наблюдении технологии увеличения чувствительности. Так, для улучшения способности «видеть в темноте» все производители мегапиксельных CMOS IP-камер реализуют режим «медленного затвора». Данная технология хорошо известна любому, кто делал ночную съемку цифровым фотоаппаратом. К сожалению, характерное смазывание изображения не позволяет использовать этот режим для любой задачи. Существуют и другие методы, как-то: отключение цветности (электронный режим «день-ночь»), отключение ИК-фильтра (механический режим «день-ночь») или переключение между матрицами. В последнем случае камера может использовать две матрицы – одну высокого разрешения с CMOS-матрицей для дневной съемки, вторую с меньшим разрешением (обычно CCD) и, соответственно, более высокой чувствительностью для ночного режима.

Динамический диапазон
Благодаря упомянутой выше структуре CMOS в матрице реализуется механизм произвольного доступа, что дает возможность выполнять считывание выбранных групп пикселей. Регулируя таким образом время экспозиции, производители CMOS-сенсоров позволяют создавать камеры с широким динамическим диапазоном, способные формировать качественное изображение в условиях высококонтрастного освещения. Типичное значение динамического диапазона для CMOS-камер составляет порядка 60 дБ против 50–54 дБ для моделей на базе CCD.

Скорость формирования и компрессия изображения
Несмотря на то что CCD-матрицы имеют более высокую характеристику чувствительности, основным фактором, ограничивающим их применение, является низкая скорость считывания заряда и, как следствие, невозможность обеспечения высокой скорости формирования изображения. Чем выше разрешение матрицы, тем ниже скорость формирования изображения. В свою очередь, технология CMOS, объединяющая светочувствительный элемент и микросхему обработки, позволяет получать высокую скорость формирования кадра даже для 3 Мп сенсоров.
Однако использование мегапиксельных CMOS-сенсоров для IP-камер систем видеонаблюдения требует эффективного сжатия потока данных. Наиболее распространенными алгоритмами компрессии в IP CCTV в настоящее время являются M-JPEG, MPEG4 и H.264. Первый нередко реализуется непосредственно на CMOS-сенсоре самим производителем матрицы. Алгоритмы MPEG4 и H.264 – более эффективные, но требуют мощного процессора. Для формирования потока реального времени с разрешением более 2 мегапикселей в CMOS IP-камерах используются сопроцессоры, обеспечивающие дополнительные вычисления.

Энергопотребление
Важным преимуществом мегапиксельных CMOS-матриц является более низкое энергопотребление. К сожалению, энергопотребление до сих пор не является в нашей стране принципиальной характеристикой, позволяющей оценивать технические средства безопасности. В действительности мегапиксельная IP-камера для установки на улице фактически является лампой накаливания, работающей 24 часа в сутки. Например, мощность потребления 1,3 Мп CCD IP-камеры составляет около 9 Вт, с учетом термокожуха в холодное время года такая камера потребляет 30–40 Вт. Так, можно представить потребности в электроэнергии для объекта из 100 камер. Типичное энергопотребление 1,3 мегапиксельной камеры с CMOS-матрицей в два раза меньше.

Стоимость IP-камер с CMOS-матрицей
В настоящее время IP-камеры на основе CMOS-сенсоров становятся все популярнее в первую очередь благодаря поддержке технологии со стороны лидеров IP CCTV. При этом их стоимость выше, чем аналогичных камер на CCD. И это несмотря на то, что технология CMOS, объединяющая аналоговую и цифровую части устройства, позволяет создавать более дешевые камеры. Ситуация такова, что сегодня стоимость IP-камеры определяется ее возможностями и характеристиками. Принципиальным является не тип матрицы, а программное обеспечение, реализуемое процессором камеры.

3-мегапиксельная IP-камера AV3100 «день-ночь» c M-JPEG, HDTV и PoE (Arecont Vision)
Сетевая камера AV3100 передает видео с 3-мегапиксельным разрешением и предназначена для работы в составе IP-видеосистем или технологического телевидения, требующих высокой степени детализации изображения. AV3100 снабжена 1/2-дюймовым CMOS-сенсором с прогрессивной разверткой, использует технологию Arecont Vision MegaVideo®, имеет чувствительность 0,2 лк и может работать с объективами с АРД. Она способна транслировать по IP-сети видеопоток в формате M-JPEG с разрешением до 2048 x 1536 пикс. при 15 к/с или 1920 x 1080 пикс. при 22 к/с со скоростью передачи данных до 55 Mbps, поддерживает протоколы TFTP и HTTP, функции электронного PTZ и ROI и отвечает требованиям стандарта HDTV. AV3100 оснащена тревожными входом/выходом, детектором движения на 64 зоны, может получать питание от источника 15-48 V DC или по технологии PoE и комплектуется бесплатным ПО AV100.

Новая мегапиксельная IP-телекамера TCM-4301 (ACTi )
Камера поддерживает современный протокол передачи и записи данных H.264 со скоростью до 18 fps (кадров в секунду). Камера имеет матрицу 1/3” Micron Progressive Scan CMOS, тройной кодек H.264/MPEG-4/MJPEG с двумя независимыми каналами передачи. Разрешение: SXGA (1280 x 1024); HD720(1280 x 720); VGA (640 x 480), QVGA(320х240), QQVGA(160×112). Скорость передачи видео до 18 fps при SXGA, до 24 fps при HD720, до 30 fps при VGA и ниже. 0.5 Lux при F 1.0. Двунаправленный аудиоканал, встроенный микрофон. Встроенный детектор движения. Питание DC 12 V и PoE.

Малогабаритная IP-камера M1011 с H.264/M-JPEG/MPEG-4 и VGA (AXIS)
Цветная сетевая камера M1011 компании AXIS Communications предназначена для видеонаблюдения внутри помещений. Она поддерживает форматы сжатия H.264, M-JPEG, а также MPEG-4 Part 2 и способна транслировать многопотоковое видео с разрешением до VGA (640 х 480 пикс.) при скорости до 30 к/с. M1011 оснащена 1/4-дюймовым CMOS-сенсором с прогрессивной разверткой, электронным затвором, объективом 4,4 мм с фиксированной диафрагмой и углом обзора 47° и передает стабильные и качественные видеопотоки при освещенности до 1 лк. Она поддерживает все функции настройки качества изображения и управления экспозицией, имеет детектор движения и видеобуфер емкостью 16 Мб. Доступ к видео можно получить с любого сетевого ПК через любой web-браузер или через интерфейсы ПО AXIS Camera Station.

Антивандальная уличная IP-камера «день-ночь» 2530V с MPEG-4 и M-JPEG, D1 при 25 к/с и защитой IP66 (Cisco)
Сетевая камера 2530V «день-ночь» имеет антивандальный термокожух и предназначена для эксплуатации в уличных условиях при температурах от -30º до +55 ºC. Она оснащена 1/3″ CMOS-сенсором с прогрессивной разверткой и WDR, подвижным ИК-фильтром, 3,5-кратным вариообъективом с АРД и поворотным кронштейном для выбора направления обзора. Благодаря такой комплектации IP-камера способна формировать цветное/черно-белое видео при освещенности до 0,4/0,04 лк и передавать 1 или 2 видеопотока в MPEG-4 и/или M-JPEG с разрешением до D1 (720 х 576 пикс.) и фреймрейтом до 25 к/с. Кроме того, Cisco 2530V обеспечивает двунаправленную трансляцию аудиосигнала, детекцию движения и тревожное оповещение оператора, а также доступ к своим потокам видео через интерфейс веб-браузера или программного обеспечения Cisco CVSM.

1/3-дюймовая мегапиксельная IP-камера Pelco Sarix™ IXE20 с H.264 и M-JPEG и разрешением HD при 30 к/с (Pelco by Schneider Electric)
2,1-мегапиксельная сетевая камера IXE20 «день-ночь» использует мощный процессор Extended Platform, фирменную технологию Sarix™ и предназначена для работы в составе IP-систем видеонаблюдения при освещенности до 0,2/0,05 лк. Она оснащена CMOS-сенсором с прогрессивной разверткой, механическим ИК-фильтром, поддерживает алгоритмы сжатия H.264 и M-JPEG и может транслировать до 2 потоков видео одновременно с максимальным разрешением 1920 х 1080 пикс. При этом камера способна обеспечить скорость 30 к/с с разрешением HD. Кроме того, Pelco IXE20 имеет функцию WDR и автофокусировки (ABF), тревожный вход/выход, разъем для карт MiniSD, поддерживает технологию PoE и может работать под управлением веб-браузера или ПО Pelco Endura и Digital Sentry.

1.3-мегапиксельная IP-камера «день-ночь» STC-IPM3090A с M-JPEG/MPEG-4, объективом 4,2 мм и аудиоканалом (Smartec)
Универсальная сетевая камера STC-IPM3090A «день-ночь» торговой марки Smartec оснащена 1,3-мегапиксельным CMOS-сенсором с прогрессивной разверткой, подвижным ИК-фильтром и формирует качественное цветное/черно-белое видео при освещенности до 0,5/0,05 лк, обладая ИК-чувствительностью в диапазоне от 700 до 1100 нм. Она может транслировать по сети одновременно четыре видеопотока с индивидуально настроенными параметрами в форматах MPEG-4 или M-JPEG с разрешением до 1280 х 1024 пикс. и частотой до 30 к/с. STC-IPM3090A комплектуется мегапиксельным объективом с фокусным расстоянием 4,2 мм, поддерживает технологию PoE и имеет аудио- вход/выход, детектор движения и тревожный вход/выход. Кроме того, IP-камера поставляется в комплекте с русифицированным ПО NVR на 32 канала и может работать под управлением ПО Smartec NetStation или XProtect компании Milestone.

Сетевая миникупольная камера SNC-DM160 (Sony)
Выпускаемая в антивандальном исполнении камера обладает 1/3-дюймовой CCD-матрицей с прогрессивным сканированием, технологией ExwavePRO и разрешением 1.3 мегапикселя. Камера имеет мегапиксельную матрицу высокого разрешения, функцию Light Funnel («световой воронки»). Качество изображений JPEG устанавливается при использовании алгоритма с постоянным цифровым потоком. Изменяемые установки гаммы, возможность настенного или потолочного монтажа, простая регулировка угла обзора делают камеру удобной в монтаже и эксплуатации. У камеры мощный вариообъектив (кратностью приближения 3,6x, угол обзора более 100 градусов) с регулировкой масштабирования и угла обзора, быстрая фокусировка. Выбираемый формат сжатия – JPEG или MPEG-4, есть возможность двойного кодирования. Функция «день-ночь». Двунаправленная передача звука и голосовые предупреждения.
SNC-DM160 имеет платформу DEPA -– функцию интеллектуального видеоанализа, интеллектуальное обнаружение движения. Оснащена портами «вход сенсора/выход сигнала тревоги». Камера соответствует стандарту IEEE802.1X. Имеет функции SolidPTZ/Cropping и маскирования конфиденциальных зон.

HD мегапиксельная IP-камера высокого разрешения (IndigoVision)
Камера реализует лучший в своем классе стандарт сжатия H.264 (подтвержденный стандартом ISO 14496-10), с минимальной дискретностью 15 fps. Разрешение камеры – 1280 х 720 пикселей. Матрица CMOS 1/3″ Progressive Scan.
Питание по протоколу PoE через сетевой кабель или внешним источником 24 VAC.
Все камеры IndigoVision комплектуется объективами.
Встроенные аналитические алгоритмы (как в камерах, так и в системе записи) позволяют обрабатывать все изображения, увеличивая эффективность контроля и объемы выполняемых задач мониторинга без увеличения количества операторов.
Аналитические алгоритмы позволяют обнаруживать скопления объектов, движения, оставленные предметы и т. д.
Функция переменной частоты кадров (ACF) позволяет, используя встроенную аналитику, постоянно отслеживать количество изменений между кадрами и, в случае отсутствия движения частота кадров уменьшается до минимальных – одного в секунду. При появлении движения частота кадров моментально восстанавливается до значения, указанного пользователем. Это позволяет достичь многократной экономии емкости записи и загруженности канала передачи информации.