7026


Analogowy system nadzoru wizyjnego obiektów transportowych

1 Opisz i narysuj schemat elementarnego systemu wizyjnego.

PoniewaŜ podstawą systemu wizyjnego są obrazy poddanych nadzorowi obiektów, to nie jest trudno domyśleć się, Ŝe podstawowym i najwaŜniejszym elementem systemowym musi być urządzenie zdolne do zamiany obrazu optycznego na postać elektryczną i przesłanie go do centrum nadzoru. Takim urządzeniem jest oczywiście kamera (rys. 3a), dla sprecyzowania nazywana w tych zastosowaniach kamerą CCD - dlaczego? O tym przy okazji budowy kamery. Jej niezbędnym i niezastąpionym uzupełnieniem jest obiektyw (rys. 3b). Jednak zamieniony do postaci elektrycznej obraz nie jest juŜ moŜliwy do bezpośredniej obserwacji przez człowieka. Z tego powodu zachodzi potrzeba stosowania urządzenia zdolnego do zamiany zakodowanego do postaci elektrycznej obrazu ponownie do postaci optycznej. Funkcję tę pełni monitor (rys. 3c), który wyświetla przesłany z kamery obraz.

Te trzy podstawowe elementy pozwalają juŜ stworzyć elementarny system nadzoru wizyjnego (rys. 3d), składający się z kamery (wraz z obiektywem) i monitora, umożliwiający zdalną obserwację kontrolowanego jednego (!!!) obiektu. Trudno jednak mówić tutaj o jakimkolwiek rozwiązaniu systemowym. Identyczny w konfiguracji jest przecieŜ pospolity wideodomofon, czasem nawet potrafi być bardziej rozbudowany i zdolny do obsługi z więcej niŜ jednego miejsca, o dodatkowym torze transmisji dźwięku nie wspominając.

0x01 graphic

2Jakie są rodzaje przetworników CCD i jakie ma to znaczenie praktyczne ?

Stosowane są dwa podstawowe typy przetworników: CCD (ang. Charge Coupled Device) i CMOS (ang. Complementary Metal Oxide Silicon). Obydwa przetworniki zbudowane są podobnie i działają na tej samej zasadzie. Składają się z milionów światłoczułych punktów, tzw. Pikseli (ang. pixel), które pod wpływem światła generują elektrony. Ich ilość jest proporcjonalna do ilości światła padającego na dany element. PoniewaŜ w systemach nadzoru wizyjnego zwykle, ze względu na niŜszą cenę, stosuje się przetworniki CCD, to z czasem kamery te zaczęto ogólnie nazywać kamerami CCD.

3Z czego składa się całkowity sygnał wizji ?

Przetwornik CCD dostarczył informacji o jasności kaŜdego z punktów matrycy oraz (w przypadku kamery kolorowej) o jego barwie. Informacja o jasności zostaje zawarta w tzw. sygnale luminancji Y, a informacja o barwie w tzw. sygnale chrominancji C. Na sygnał

chrominancji składają się dwie składowe cech barwy, obejmujące jej odcień U i nasycenie V. PoniewaŜ przetwornik dostarczył nam informacji o składowych RGB, to łatwo moŜna się domyśleć, Ŝe sygnał chrominancji C będzie takŜe pochodną składowych RGB. Istnieje wiele systemów kodowania samego tylko koloru, których opis jest dostępny w literaturze oraz (w skrócie) w instrukcji do ćwiczenia poświeconego cyfrowej rejestracji i transmisji obrazu. W tej chwili wystarczy nam informacja, Ŝe pełnej informacji o kolorowym obrazie dostarczą nam dwa sygnały: luminancji i chrominancji. Złączenie tych dwóch sygnałów w jeden wspólny (co moŜna dokonać za pomocą tylko jednego kondensatora 470pF) oraz wcześniejsze uzupełnienie ich impulsami synchronizacji doprowadzi do powstania tzw. całkowitego sygnału wizji CSW (ang. composite video signal)

4Jakie są i gdzie są stosowane podstawowe standardy systemów telewizyjnych ?

Omówiony sposób formowania sygnału wizji dotyczy obowiązującego w Polsce standardu PAL, jednak istnieje wiele systemów oraz ich wersji. Do najwaŜniejszych naleŜą:

SECAM (fr. Sequentiel A Memorie) opracowany w latach 1955-1960 we Francji, gdzie został wprowadzony do uŜycia. Do 1993 r. obowiązywał w Polsce i krajach socjalistycznych. Posiada szereg wad, dlatego został zastąpiony systemem PAL.

NTSC (ang. National Television System Committee) opracowany w USA na podstawie badań prowadzonych przez firmy telewizyjne HAZELTINE, RCA, CBS i zatwierdzony w grudniu 1953 r. do eksploatacji. Stosowany w USA, Kanadzie i Japonii. Niedogodnością tego systemu są błędy w odtwarzaniu kolorów na wskutek zmian przesunięcia fazowego między tzw. podnośną i sygnałem synchronizacji.

PAL (ang. Phase Alternate Line) opracowany został w 1962 r. w byłym RFN w laboratoriach firmy TELEFUNKEN jako modyfikacja NTSC, eliminująca jego podstawową wadę. Stosowany obecnie powszechnie w krajach Europy Zachodniej i od 1993 r. takŜe w Polsce.

Pomimo, Ŝe obowiązującym w Polsce standardem jest system PAL, to w systemach nadzoru wizyjnego spotykamy się zarówno z sygnałem w systemie PAL, jak i NTSC. Na szczęście większość urządzeń obsługuje obydwa formaty. System SECAM w tych

zastosowaniach nie występuje i właściwie całkowicie wychodzi z uŜycia. Podstawowe róŜnice między systemami PAL i NTSC to ilość linii i częstotliwość przetwarzania, która dla NTSC wynosi 60Hz. Większa częstotliwość dla NTSC wynika z większej ilości obrazów (30) lub, jak kto woli, półobrazów (60).

5 Kiedy kamera kolorowa może okazać się gorsza od czarno-białej pomimo tych samych parametrów ?

W rzeczywistości przetworniki w kamerach czarno-białych oraz kolorowych są identyczne i zawsze występują pojedynczo -wbrew temu, co sugeruje występowanie trzech składników koloru. Informacja o składowych koloru uzyskiwana jest za pomocą filtrów RGB, umieszczanych przed przetwornikiem. Oczywiście, powodują one pewne minimalne straty, które przekładają się na jakość sygnału

elektrycznego. Z tego powodu w kamerach profesjonalnych stosowane są jednak trzy niezaleŜne przetworniki, kaŜdy dla określonej składowej koloru. Na kaŜdy z nich pada ten sam obraz za pośrednictwem złoŜonego i niezwykle wysokiej jakości układu optycznego. To on decyduje o wysokiej cenie takiego sprzętu, a nie liczba przetworników. Nie ma zbyt wielu parametrów charakteryzujących monitory. Właściwie jedynym podstawowym parametrem jest rozdzielczość monitora, podawana głównie w liniach.

Parametr ten jest jednak bardzo luźno powiązany z rozdzielczością kamer. Zwykle jest od niej duŜo większy (np. od 400 dla kolorowego i 1000 dla czarno-białego) i oddaje bardziej zdolność do odwzorowania odcieni szarości lub kolorów w powiązaniu z rozdzielczością niŜ rzeczywistą ilość samych linii.

7Jakie są podstawowe parametry kamery ?
Podział kamer moŜliwy jest na wiele sposobów, ze względu na określoną cechę. Podział ze względu na rodzaj dostarczanego sygnału wizyjnego:

 czarno-białe (obraz w odcieniach szarości),

 kolorowe (obraz kolorowy),

 dualne.

Kamery dualne są to kamery zdolne do pracy zarówno jako kamery czarno-biało, jak i kolorowe (oczywiście, nie jednocześnie). NajwaŜniejszą ich cechą nie jest jednak sama obsługa dwóch trybów, lecz zdolność do automatycznego przełączania między nimi w

zaleŜności od warunków oświetlenia. Kamery czarno-białe są bardziej odporne na pracę w warunkach słabego oświetlenia, a dostarczany przez nie obraz jest w takiej sytuacji wyraźniejszy. W przypadku kamer kolorowych w sytuacji słabego oświetlenia w obrazie pojawia się kolorowy szum, który ze spadkiem natęŜenia oświetlenia moŜe uniemożliwić obserwację.

Podział ze względu na rodzaj formowania i obróbki sygnału wizyjnego:

 analogowe,

 cyfrowe.

Podział ze względu na rodzaj wykonania i obudowy:

 płytkowe,

 kompaktowe,

 kopułkowe,

 specjalne (ukryte, wodoszczelne, wandaloodporne),

 zintegrowane,

 SPEED DOME.

Kamery płytkowe (rys. 3.1.3a) naleŜą do kamer najtańszych. Nie mają obudowy, a przetwornik i cała elektronika umieszczone są na niewielkiej płytce (stąd nazwa). Najczęściej są fabrycznie wyposaŜone w mały, plastikowy obiektyw - zwykle o ogniskowej ok. 3,6mm. Kamery kopułkowe (rys. 3.1.3c) słuŜą do mocowania do sufitu, a sama nazwa pochodzi od półkulistej obudowy - kopuły. Mogą być wyposaŜone w mechanizm umożliwiający sterowanie: gór-dół i lewo-prawo. Kamer specjalnych (rys. 3.1.3d) jest wiele rodzajów, tak jak i ich zastosowań: instalacja w miejscach naraŜonych na zniszczenie kamery, w pomieszczeniach o duŜej wilgotności lub temperaturze otoczenia, itp. Kamery zintegrowane (rys. 3.1.3e) łączą w sobie kilka podstawowych elementów - przede wszystkim kamerę i obiektyw. Do tego dołączany jest zwykle uchwyt, czasem takŜe oświetlacz podczerwieni, umoŜliwiający pracę w warunkach braku oświetlenia. Najbardziej efektownymi (i najdroŜszymi) przedstawicielami kamer są kamery grupy SPEED DOME (rys. 3.1.3f). Są to kamery najwyŜszej jakości, zwykle cyfrowe, zintegrowane z obudową i mechanizmami sterowania ruchem kamery i obiektywu (zmiana ogniskowej i przysłony). Najczęściej spotykanym typem kamer są jednak kamery kompaktowe (rys. 3.1.3b). Mogą występować w wielu odmianach i wersjach (analogowe, cyfrowe, czarno-białe, kolorowe, dualne) Charakteryzują się zbliŜonym kształtem i typem obudowy oraz umieszczeniem we frontowej części obudowy (przed przetwornikiem) pierścieniem mocowania obiektywu. Ich

cena jest bardzo zróŜnicowana, tak jak i dostępne wersje.

Parametry kamer

Wbrew pozorom parametrów charakteryzujących kamerę jest bardzo wiele, a kaŜdy z nich w mniejszym lub większym stopniu wpływa na jej moŜliwości zastosowania i cenę.

Wielkość przetwornika

Została opisana przy okazji omawiania samego przetwornika i ma jak najbardziej znaczenie praktyczne.

Rozdzielczość

Jest to ilość linii (w pionie) i punktów w linii (w poziomie), jaką przetwarza kamera. Fakt, Ŝe kamera dostarcza sygnału wizyjnego w określonym standardzie (a więc i ilości linii w obrazie) nie zobowiązuje jej jednak do przetwarzania dokładnie takiej ilości linii, jakie

zostały określone w standardzie. Przeciwnie, zwykle kamery mają mniejszą liczbę linii, niŜ wynika to ze standardu sygnału. Rozdzielczość kamery podawana jest w liniach (rozdzielczość pionowa), poniewaŜ rozdzielczość pozioma jest do niej proporcjonalna. Ze względu na rozdzielczość dzielimy kamery na:

 małej rozdzielczości, około 240-380 linii (najczęściej z przetwornikiem CMOS),

 standardowej rozdzielczości, około 420-480 linii,

 podwyŜszonej rozdzielczości, około 600 linii.

Czułość kamery

Określa ilość światła (w luksach), jaka musi paść na przetwornik, aby kamera wytworzyła kolorowy sygnał wizyjny o określonej amplitudzie i określonym odstępie sygnału od szumu. Raczej jest to najwaŜniejszy parametr charakteryzujący kamerę. Niestety, jest to

parametr najczęściej podlegający, przez producentów i sprzedawców, manipulacjom lub wręcz fałszerstwom. Pomiar czułości kamery nie jest wbrew pozorom taki prosty i stanowi dość obszerny materiał teoretyczno-doświadczalny. WaŜne jest przede wszystkim to, Ŝe

określona czułość kamery będzie zaleŜeć od uŜytego do pomiaru obiektywu, automatyki kamery oraz tego, czy ustalono ją na przetworniku, czy teŜ obiekcie. W tym ostatnim przypadku czułość zaleŜeć będzie jeszcze od współczynnika odbicia światła obiektu.

Stosunek sygnał/szum

Pośrednio parametr ten jest związany z czułością i określa zdolność kamery do wytworzenia sygnału wizyjnego wymaganej jakości - wyraŜany jest w dB.

Temperatura pracy

Określa zakres temperatur, w jakich kamera moŜe pracować bez stosowania dodatkowych urządzeń, zapewniających ogrzewanie kamery (zbyt niska temperatura otoczenia) lub jej chłodzenie (zbyt wysoka temperatura otoczenia).

Napięcie zasilania

Określa wartość i rodzaj zasilania, jakiego wymaga kamera do prawidłowej pracy.

 5V DC (bardzo rzadko spotykane),

 12V DC (najczęściej spotykane),

 24V AC (dla odległych instalacji, np. kamery SPEED DOME),

 230V AC (zasilane ze zwykłej sieci energetycznej, jednak wewnątrz kamery jest po prostu zasilacz 12V DC, zaletą jest moŜliwość synchronizacji kamer).

8Jakie funkcje automatyki spotykamy w kamerach CCD ?

Automatyka kamery

Rozwój układów elektronicznych pozwoliła na rozbudowę prostej podstawowej elektroniki kamer o wiele funkcji automatycznej korekty obrazu, i to na poziomie sygnału analogowego.

elektroniczna przysłona EAI lub EI - automatyczne dostosowanie czułości przetwornika do warunków oświetlenia, co umoŜliwia stosowanie obiektywów o stałe przesłonie przy zmianach natęŜenia oświetlenia (jednak w znacznie mniejszym zakresie niŜ na zewnątrz budynków),

automatyczna przysłona AI lub Auto IRIS - sterowanie przysłoną obiektywów specjalnej konstrukcji (o regulowanej przysłonie), co pozwala na regulację natęŜenia oświetlenia padającego na przetwornik w bardzo szerokim zakresie - idealne rozwiązanie do kamer zainstalowanych na zewnątrz budynków,

automatyczna elektroniczna migawka AES - dostosowuje czas naświetlania przetwornika do ilości padającego światła, pozwalając na zwiększenie czułości kamery kosztem czasu odświeŜania (płynności ruchu),

automatyczna regulacja wzmocnienia AGC - utrzymuje stały poziom sygnału wyjściowego, poprawiając odstęp sygnału od szumu, jednak kosztem naturalności obrazu,

kompensacja tylnego oświetlenia BLC - poprawia jakość prześwietlonego obrazu, włączając się w momencie, kiedy ponad 50% centralnej części przetwornika jest prześwietlonych.

balans bieli WB - funkcja doskonale znana uŜytkownikom aparatów cyfrowych, pozwala na dostosowanie barwy obrazu do rodzaju oświetlenia.

W typowych kamerach kompaktowych większość funkcji automatyki jest włączana poprzez proste ustawienia przełączników konfiguracyjnych, znajdujących się z tyłu obudowy (rys. 3.1.4). W kamerach zaawansowanych, np. typu SPEED DOME, poszczególne

funkcje włączane i wyłączane są zdalnie z poziomu pulpitu sterującego.

9Jaki rodzaj obiektywu zastosować do kamery otworkowej ?

Wbrew pozorom nie jest to rozdział zamknięty. Nadal, ze względu na niską cenę i łatwość ukrycia (np. w czujce ruchu lub dymu),

bardzo duŜym powodzeniem cieszą się tzw. kamery otworkowe (rys. 3.2.1b), gdzie obiektywem jest po prostu maleńki otwór (ang. pin hole). Trudno oczekiwać jednak od takiego rozwiązania uzyskania obrazów optycznych o duŜej jakości. Mały otwór, to przecieŜ mała ilość światła przez niego się przedostająca. MoŜna, więc przypuszczać, Ŝe uzyskany obraz teŜ będzie dość ciemny - dlatego wnętrze camera obscura było czarne, by zminimalizować rozproszenie światła. MoŜna wprawdzie to zniwelować poprzez wzmocnienie sygnału wizyjnego, ale to tak jak z oglądaniem świata przez przyciemnione okulary lub o zapadającym zmierzchu - wraz ze zmniejszeniem natęŜenia światła maleje wyrazistość obrazu, zacierają się szczegóły, pogarsza kontrast. Na nic tutaj wzmocnienie sygnału - słaby obraz pozostanie słabym, moŜna jedynie korygować jego mankamenty.

Paradoksalnie jednak pierwszym i najprostszym obiektywem jest ... brak obiektywu, czyli po prostu maleńki otwór, przez który przedostają się promienie światła. Otwór ten wykazuje, bowiem zdolność „zagęszczenia” przechodzących przez niego promieni i w

konsekwencji skupienia ich na znajdującej się za nim powierzchni (w fotografii nazywanej matówką). Na takiej zasadzie działała wynaleziona ok. 900 roku przez arabskich uczonych, dla wyznaczania torów ruchu Słońca i KsięŜyca, tzw. camera obscura (po łacinie „ciemny pokój”) (rys. 3.2.1a) Wykorzystywana była przez stulecia, m.in. przez Leonarda da Vinci. Wprawdzie stanowi oddzielny fragment historii, to jednak bez wątpienia prowadziła wprost do wynalezienia układu optycznego i fotografii. Wbrew pozorom nie jest to rozdział zamknięty. Nadal, ze względu na niską cenę i łatwość ukrycia (np. w czujce ruchu lub dymu), bardzo duŜym powodzeniem cieszą się tzw. kamery otworkowe (rys. 3.2.1b), gdzie obiektywem jest po prostu maleńki otwór (ang. pin hole).

11Co to jest skala odwzorowania, jak ją obliczamy i jakie ma znaczenie praktyczne ?

Jeśli źródło jest:

 dostatecznie daleko od soczewki (dalej niŜ podwojona ogniskowa), to powstający ostry obraz jest rzeczywisty, odwrócony i pomniejszony,

 w odległości większej niŜ ogniskowa, a mniejszej niŜ jej podwojona wartość, to powstający ostry obraz jest rzeczywisty, odwrócony i powiększony,

 w odległości mniejszej niŜ ogniskowa, to ostry obraz nie powstaje (ale powstaje tzw. obraz pozorny).

Jak widać, manipulując odległością x przedmiotu o wielkości A od soczewki

uzyskujemy w odległości y ostry obraz o wielkości B (rys. 3.2.1d). Wielkość tego obrazu jest

zaleŜna od ogniskowej i odległości od soczewki. Stosunek wielkości obrazu do wielkości

przedmiotu jest równy stosunkowi odległości obrazu i przedmiotu od soczewki - nazywany

jest skalą odwzorowania (powiększeniem). Na szczęście wszystkie omawiane zaleŜności są

całkowicie proporcjonalne, dzięki czemu obiektyw dla przedmiotu o wielkości 50m,

widzianego z odległości 70m będzie taki sam, jak dla obiektu o szerokości 5m i widzianego z

odległości 7m, co znakomicie upraszcza całą sprawę. Podstawowym równaniem opisującym

te zaleŜności jest tzw. równanie soczewki (3.2.1e):

0x01 graphic

12 Co to jest przysłona i jaki jest jej praktyczny wpływ na obraz ?

Jak wspomniano, podstawową wadą obiektywów otworkowych jest zbyt mała ilość światła padająca na powierzchnię światłoczułą. Zwiększając ten otwór, a więc średnicę obiektywu, zwiększamy ilość padającego światła. Tym samym, do pewnego momentu,

uzyskujemy obraz o lepszych parametrach. JeŜeli jednak otwór ten będzie zbyt duŜy, to zbyt duŜa ilość światła wpadająca przez obiektyw doprowadzi do powstania zbyt jasnego (prześwietlonego) obrazu. Wprawdzie wśród zalet współczesnych kamer jest funkcja

elektronicznej przysłony, pozwalająca na automatyczną zmianę czułości przetwornika w zaleŜności od ilości padającego nań światła, to zakres jej regulacji jest ograniczony. Dobrze by było mieć moŜliwość wstępnego dostosowania obiektywu do panujących w miejscu pracy kamery warunków oświetlenia. W praktyce oznacza to, Ŝe potrzebny jest mechanizm zwiększający lub zmniejszający średnicę pola obiektywu przepuszczającego światło. PoniewaŜ raczej trudno regulować średnicą soczewek i obudowy obiektywu, to wprowadzono w konstrukcji obiektywów dodatkowy element - przysłonę. Jest to rozwiązanie czysto mechaniczne, którego zadaniem jest otwieranie (więcej światła) lub zamykanie (mniej światła) pola obiektywu. Tym samym ilość światła padająca na przetwornik zostanie ustalona na pewnym poziomie. Oczywiście, przy zmianie warunków oświetlenia (np. dodatkowe sztuczne oświetlenie) zmianie powinna ulec wartość przysłony. Nikt jednak nie reguluje kamery po kaŜdym włączeniu lub wyłączeniu oświetlenia. Tutaj pojawia się pole do działania dla elektronicznej przysłony kamery, która koryguje czułość przetwornika i kompensuje zmiany oświetlenia, zapewniając obraz o stałej jasności. Wszystko to jednak jedynie w pewnych granicach. Przy bardzo duŜym zakresie zmian oświetlenia kamera nie będzie w stanie dostosować czułości przetwornika w całym zakresie zmian. Typowym przykładem jest tutaj instalacja kamery na zewnątrz budynków i wystawienie jej na pracę w warunkach oświetlenia od pełnego słońca (dzień) do ciemności (noc). W takiej sytuacji stosowane są obiektywy o automatycznej przysłonie AI (ang. auto iris), które przy współpracy z kamerą regulują ilość padającego na przetwornik światła. MoŜliwe są tutaj dwa rodzaje sterowania: stałym napięciem (DC) lub sygnałem wideo (VIDEO).

PoniewaŜ jasność obrazu jest uwarunkowana nie tylko ilością światła przepuszczanego przez obiektyw, ale takŜe odległością przetwornika od obiektywu, to istnieje wyraźna Jak wspomniano, podstawową wadą obiektywów otworkowych jest zbyt mała ilość

światła padająca na powierzchnię światłoczułą. Zwiększając ten otwór, a więc średnicę obiektywu, zwiększamy ilość padającego światła. Tym samym, do pewnego momentu, uzyskujemy obraz o lepszych parametrach. JeŜeli jednak otwór ten będzie zbyt duŜy, to zbyt duŜa ilość światła wpadająca przez obiektyw doprowadzi do powstania zbyt jasnego (prześwietlonego) obrazu. Wprawdzie wśród zalet współczesnych kamer jest funkcja elektronicznej przysłony, pozwalająca na automatyczną zmianę czułości przetwornika w zaleŜności od ilości padającego nań światła, to zakres jej regulacji jest ograniczony. Dobrze by było mieć moŜliwość wstępnego dostosowania obiektywu do panujących w miejscu pracy kamery warunków oświetlenia. W praktyce oznacza to, Ŝe potrzebny jest mechanizm zwiększający lub zmniejszający średnicę pola obiektywu przepuszczającego światło. PoniewaŜ raczej trudno regulować średnicą soczewek i obudowy obiektywu, to wprowadzono w konstrukcji obiektywów dodatkowy element - przysłonę. Jest to rozwiązanie czysto mechaniczne, którego zadaniem jest otwieranie (więcej światła) lub zamykanie (mniej światła) pola obiektywu. Tym samym ilość światła padająca na przetwornik zostanie ustalona na pewnym poziomie. Oczywiście, przy zmianie warunków oświetlenia (np. dodatkowe sztuczne oświetlenie) zmianie powinna ulec wartość przysłony. Nikt jednak nie reguluje kamery po kaŜdym włączeniu lub wyłączeniu oświetlenia. Tutaj pojawia się pole do działania dla elektronicznej przysłony kamery, która koryguje czułość przetwornika i kompensuje zmiany oświetlenia, zapewniając obraz o stałej jasności. Wszystko to jednak jedynie w pewnych granicach. Przy bardzo duŜym zakresie zmian oświetlenia kamera nie będzie w stanie dostosować czułości przetwornika w całym zakresie zmian. Typowym przykładem jest tutaj instalacja kamery na zewnątrz budynków i wystawienie jej na pracę w warunkach

oświetlenia od pełnego słońca (dzień) do ciemności (noc). W takiej sytuacji stosowane są obiektywy o automatycznej przysłonie AI (ang. auto iris), które przy współpracy z kamerą regulują ilość padającego na przetwornik światła.

Dla uproszczenia przyjmuje się, Ŝe maksymalną głębię ostrości uzyskuje się w granicach wartości przysłony od 11 do 16.

13 Co to jest jasność obiektywu i jakie ma praktyczne znaczenie ?

Te proste, praktyczne spostrzeŜenia, prowadzą wprost do najważniejszej własności obiektywów - jasności, określającej zdolność do przepuszczania światła. Zanim jednak stanie się ona „jasna” naleŜy poznać podstawowe informacje z zakresu budowy obiektywów.

14 Wymień i scharakteryzuj typy i rodzaje obiektywów.

Ŝe właściwy dobór obiektywu jest

kluczową sprawą podczas projektowania systemu nadzoru wizyjnego.

Tak jak w przypadku kamer, istnieje wiele rodzajów obiektywów, a więc i kilka

rodzajów ich klasyfikacji. Podstawowy podziała obiektywów prowadzony jest ze względu na

charakterystyczną dla danych właściwości cechę.

Ze względu na ogniskową:

 o stałej ogniskowej,

 o zmiennej ogniskowej:

= regulowanej ręcznie na obiektywie, tzw. ZOOM,

= regulowanej zdalnie, z pulpitu operatora, tzw. MOTO-ZOOM

(rys. 3.2.3d).

Ze względu na rodzaj przysłony:

 bez przysłony (najtańsze i najprostsze) (rys. 3.2.3a),

 z przysłoną regulowaną ręcznie (rys. 3.2.3b),

 z przysłoną regulowaną automatyczne AI (DC lub VIDEO) (rys. 3.2.3c).

Ze względu na kąt widzenia:

 standardowe o ogniskowej zbliŜonej do przekątnej przetwornika,

 o wąskim kącie (teleobiektywy) o ogniskowej większej od przekątnej przetwornika,

 o szerokim kącie o ogniskowej mniejszej od przekątnej przetwornika.

Ze względu na typ mocowania obiektywu

 typu C o odległości 17,526mm płaszczyzny mocowania obiektywu do

przetwornika,

 typu CS o odległości 12,5mm płaszczyzny mocowania obiektywu do

przetwornika,

Najbardziej zaawansowanym (i najdroŜszym) obiektywem będzie obiektyw o długiej

(teleobiektyw), zdalnie regulowanej ogniskowej i zmiennej/regulowanej przysłonie - MOTOZOOM.

Kwestią wyboru pozostaje, czy przysłona ma być regulowana automatycznie czy

ręcznie przez operatora. Określenie „moto” pochodzi od faktu wykorzystania w obiektywie

silników krokowych, które w czysto mechaniczny sposób sterują zmianami ogniskowej i

przysłony. Typ mocowania nie ma większego znaczenia, chociaŜ bardziej rozpowszechniony

jest typ CS, ze względu na moŜliwość zastosowania pierścienia pośredniczącego i

wykorzystania w mocowaniu typu C. Odwrotne połączenie nie jest moŜliwe.

15 Wymień i opisz wady obiektywów.

Aberracja chromatyczna

Polega na ogniskowaniu poszczególnych fal światła w róŜnej odległości od soczewki, zaleŜnej od długości fali. W rezultacie powstały obraz ma rozszczepione i przesunięte barwy, co jest szczególnie widoczne na krawędziach przedmiotów.

Aberracja sferyczna

Odpowiada za nią róŜna zdolność skupiająca soczewki na jej krawędziach i jej środku. W jej wyniku zamiast punktu otrzymuje się plamkę, co prowadzi do rozmazania obrazu.

Dystorsja

Występuje głównie w obiektywach ze zmienną ogniskową i objawia się zniekształceniem kształtów i proporcji obrazu. Zniekształcenia te są tym większe im dalej od środka osi soczewki. WyróŜnia się dystorsję beczkową (zmieniającą prostokąt w beczkę) i

poduszkową (zmieniająca prostokąt w kształt poduszki).

Winietowanie

Jest to zaciemnienie brzegów kadru przez pewien element obiektywu lub jego uzupełnienie (np. filtr). Występuje szczególnie przy obiektywach szerokokątnych lub przy zastosowaniu pierścieni pośrednich.

Wiele z wad optycznych pojedynczych soczewek moŜe zostać wyeliminowanych poprzez zastosowanie układów soczewek, kompensujących określoną wadę „przesuwając” ja w przeciwnym kierunku. Wyjaśnia to od razu, czemu obiektywy o wysokiej jakości zbudowane są z układu soczewek a nie pojedynczej soczewki.

16 Zasada działania i podstawowe wady przełącznika kamer.

Przełącznik kamer, nawet ten w wersji czysto elektronicznej, ma jednak dość powaŜną wadę, wynikającą wprost z prostoty konstrukcji. Jest nią tzw. utrata/zerwanie synchronizacji podczas przełączania wejść/kamer. Objawia się ona tym, Ŝe po przełączeniu

wejścia nowy „wchodzący” obraz przez ułamek sekundy skacze, jest przekrzywiony, zniekształcony. Odpowiada za to układ przełącznika, który dokonał przełączenia w trakcie wyświetlania jednej klatki „wchodzącego” obrazu. Zjawisko to jest bezpośrednio związane z budową sygnału wizyjnego i zasadą jego wyświetlania na monitorze. Obraz wyświetlany jest, bowiem linia po linii, od góry do dołu ekranu, w ściśle określonym czasie, wyznaczonym impulsem synchronizacji. Następnie następuje powrót na górę w trakcie tzw. Impulsu wygaszania (wygaszenia działa elektronowego, odpowiedzialnego za wyświetlanie). Kamera wprawdzie generuje sygnał synchronizacji, ale praktycznie zawsze nie jest on zgodny w fazie z sygnałami generowanymi przez pozostałe kamery - impuls pojawia się z taką samą częstotliwością, ale w innym momencie. Przełączenie wejścia w trakcie wędrówki po ekranie linia po linii skutkuje właśnie zerwaniem synchronizacji i skokiem obrazu. Uniknięcie tego zjawiska jest oczywiście moŜliwe - wystarczy dokonać przełączenia wejścia w chwili wystąpienia impulsu synchronizacji. Istnieje jeszcze jedna wada przełącznika. Wynika ona juŜ nie z konstrukcji urządzenia, ale z idei i zasady działania. W trakcie przełączania, w danej chwili, aktywne jest tylko jedno wejście, a więc widoczny jest tylko jeden obraz, z jednej kamery - przełącznik ma przecieŜ tylko jedno wyjście. Tym samym reszta obrazów pozostaje dla operatora systemu niewidoczna przez cały czas oglądania aktywnego obrazu. Po przełączeniu aktywnym stanie się znów tylko jeden obraz, a reszta nadal będzie niewidoczna, itd. Tym samym moŜna powiedzieć, Ŝe kaŜdy z obrazów (kamer) jest niewidoczny przez czas będący sumą czasówwyświetlania wszystkich pozostałych kamer. JeŜeli do przełącznika jest podłączonych osiem kamer, z których kaŜda jest aktywna tylko przez dwie sekundy (to w praktyce czas minimalny), to znaczy, Ŝe na 16 sekund (czas cyklu przełączania) aŜ przez 14 sekund kaŜdy z obrazów nie jest obserwowany. Oczywiście, ewentualny intruz w obiekcie nie wie, kiedy dana kamera jest aktywna, a kiedy nie, co jest podstawową metodą osłabienia znaczenia tej wady.

17 Opisz i narysuj system wizyjny oparty na 6 kamerach, przełączniku i monitorze.

18 Zasada działania i podstawowa zaleta dzielnika obrazu (quada).

dzielnik obrazu (ang. quad). Jest to urządzenie, którego zadaniem jest obsługa 4 kamer (obrazów) i wytworzenie z tych czterech róŜnych obrazów jednego wspólnego sygnału (obrazu), w którym kaŜdy z obrazów podstawowych zajmuje jedną ćwiartkę obrazu wspólnego (rys. 3.5a). KaŜdy z czterech obrazów będzie, więc czterokrotnie mniejszy niŜ podany bezpośrednio na monitor, jednak będzie wyświetlany przez cały czas, razem z pozostałymi trzema. Tym samym została wyeliminowana wada braku obserwacji

danego obrazu w czasie pomiędzy jego kolejnymi aktywacjami. Współczesne dzielniki (rys. 3.5b i 3.5c) wyposaŜone są w klawisze pozwalające na proste przełączenie „na pełny ekran” tego obrazu, który jest w danej chwili dla operatora szczególnie interesujący. Przełączenie moŜe zostać takŜe zrealizowane automatycznie, w przypadku wspomnianej wcześniej detekcji ruchu, o ile dzielnik ma taką funkcję i zostanie ona uaktywniona. Istnieją dzielniki podwójne (dwie grupy po cztery kamery), co pozwala na

jednoczesną obsługę do 8 kamer. JeŜeli wyjście jest wspólne dla obu grup, to wystarczy jeden monitor (grupy będą przełączane jak w przełączniku, ale czas bez obserwacji zmniejszy się czterokrotnie), jeśli nie, to będą potrzebne dwa monitory. Takie rozwiązanie tworzy jus pewien rozbudowany system dozoru wizyjnego, tym bardziej, Ŝe przyjmuje się, iŜ operator moŜe obsłuŜyć (objąć uwagą) maksymalnie do 8 kamer.

19 Opisz i narysuj system wizyjny oparty na 8 kamerach, dzielniku i 2 monitorach.

0x01 graphic

20 Podobieństwa i różnice między dzielnikiem obrazu a przełącznikiem kamer.

Dzielniki często posiadają dwa róŜne wyjścia, jedno dla obrazu wspólnego, drugie dla sekwencyjnie przełączanych czterech obrazów - identycznie jak w przełączniku. Dzielnik moŜe, więc pełnić rolę przełącznika. Przełącznik nie moŜe jednak pełnić roli dzielnika -

stałby się dzielnikiem, a przestałby być przełącznikiem. MoŜna, więc przypuszczać (i słusznie), Ŝe dzielnik jest urządzeniem droŜszym niŜ przełącznik. Za wyŜszą cenę odpowiada jednak nie większa funkcjonalność, lecz duŜo bardziej złoŜona konstrukcja układu elektronicznego dzielnika. Nie ma (w przeciwieństwie do przełącznika) prostej metody na konstrukcję dzielnika - nie da się w prosty analogowy sposób z czterech sygnałów wizyjnych wytworzyć jednego wspólnego. Wprawdzie pierwsze dzielniki były urządzeniami analogowymi, ale o bardzo złoŜonej konstrukcji. Dzisiaj są to urządzenia w pełni cyfrowe, oparte na specjalizowanych układach scalonych. Tanie przełączniki nadal realizowane są w technice czysto analogowej. Kolejnym wyróŜnikiem jest to, Ŝe tylko dzielniki spotykane są w wersjach dla obrazów/kamer czarno-białych (tańsze) i kolorowych (droŜsze). Przełączniki, ze względu na wspomnianą prostotę konstrukcji, występują jedynie w wersjach dla koloru.

21 Zasada działania, rola i znaczenie matrycy wideo.

Problem pojawia się, kiedy w systemie występuje większa liczba kamer. Najprostsze rozwiązanie, które nasuwa się automatycznie (zwiększenie liczby monitorów) nie jest stosowane ze względu na cenę oraz fakt, Ŝe i tak operator nie obejmie wzrokiem i uwagą

takiej liczby obrazów. Powstało, więc urządzenie pozwalające na przełączenie dowolnego wejścia/kamery na dowolne wyjście, do którego podłączony jest konkretny monitor. Urządzeniem tym jest matryca wideo, zwana takŜe krosownicą od angielskiego słowa cross - skrzyŜowanie/połączenie. Matryca dysponuje wieloma wejściami (najlepiej w ilości odpowiadającej ilości kamer w systemie) i mniejszą liczbą wyjść, np. równą lub większą ilości wykorzystywanych monitorów (rys. 3.6b i 3.6c). Jej zasada działania polega na

przełączeniu (skrzyŜowaniu) dowolnego wejścia/kamery na dowolne wyjście (monitor). Dzięki temu operator ma swobodę wyboru kamery (kamer) wyświetlanej na monitorze (monitorach). Wybór odbywa się za pomocą klawiatury. Istotne jest to, Ŝe klawiatura moŜe

być oddalona od matrycy (co czasem upraszcza instalację) oraz to, Ŝe klawiatur moŜe być kilka, co umoŜliwia jednoczesną pracę kilku operatorów, nawet z róŜnych miejsc (rys. 3.6a). Połączenie matrycy z klawiaturą lub komputerem odbywa się za pośrednictwem łącza RS232C lub RS485. Podstawowa konfiguracja matrycy, to 16 wejść i 4 wyjścia. Dalej liczba wejść i wyjść rośnie proporcjonalnie, oczywiście wraz z ceną.

22 Zasada działania i zalety multipleksera wizyjnego.

23 Podstawowe podobieństwa, różnice i zalety multipleksera wizyjnego i dzielnika obrazu.

24 Jakie są podstawowe odmiany multiplekserów wizyjnych i jakie mają znaczenie praktyczne ?

25 W jaki sposób następuje zwiększenie pojemności użytej do zapisu w magnetowidzie kasety VHS ?

26 Na jakim założeniu opiera się idea zapisu podklatkowego ?

27 Czym różnią się i jakie mają znaczenie praktyczne tryby zapisu magnetowidu poklatkowego ?

28 Czy tryb zapisu 960h dla czterech kamer na skrzyżowaniu jest odpowiedni, dlaczego ?

29 Jakie są podstawowe wady magnetowidu poklatkowego ? działanie, tryby pracy

30 Jakie są podstawowe sposoby transmisji sygnału wizyjnego ?

31 Jakie są najbardziej typowe rodzaje kabli i złącz stosowanych do transmisji sygnałów wizyjnych ?

32 Jakie są zalety i wady transmisji sygnałów wizyjnych w torach światłowodowych ?

33 Jakie są zalety i wady transmisji sygnałów wizyjnych w torach radiowych ?

34 Jaka jest przyczyna i przeznaczenie stosowania rozdzielaczy wideo ?

35 Jakie możliwości daje stosowanie modulatorów sygnałów wizyjnych ? rodzaje, działanie, zalety

36 Co to jest i do czego służy głowica obrotowa i moto-zoom? Skąd ich nazwy ?

37 Kiedy i dlaczego stosujemy oświetlacze podczerwieni ?

2. Charakterystyka mediów transmisyjnych miedzianych.

Najczęściej wykorzystywanym medium przesyłu danych są kable miedziane. Pierwsze kable telekomunikacyjne miały papierowo-powietrzną izolację żył miedzianych a powłokę zewnętrzną wykonaną z ołowiu. Obecnie nie produkowane, chociaż jeszcze często używane. Współczesnym środkiem izolacji żył przewodzących w kablu jest polichlorek winylu (PCW) lub polietylen. Tradycyjnym medium transmisyjnym jest w telekomunikacji kabel z parami przewodów miedzianych. Przewody typu skrętka - skręca się w wiązki po cztery pary w celu zmniejszenia zakłóceń przesłuchów. Dla dużych przepływności powyżej 10Mb/s stosuje się skrętki ekranowe. Własności mediów określone są przez ich parametry: indukcyjność jednostkowa, pojemność jednostkowa na jednostkę długości linii.


Podział:

Parametry transmisyjne kabli:


Wspólne cechy:

3.Charakterystyka mediów transmisyjnych światłowodowych.

Światłowód jest to cienkie włókno wykonane przeważnie ze specjalnego gatunku szkła kwarcowego (SiO2). Sama transmisja w światłowodzie odbywa się za pomocą fal świetlnych z zakresu bliskiego podczerwieni, a nie jak to się dzieje w mediach miedzianych za pomocą fal o częstotliwościach radiowych lub mikrofalowych. Dzięki tej technice stosuje się zupełnie inne urządzenia umożliwiające współpracę w przeciwieństwie do transmisji danych z udziałem przewodu metalowego. Po stronie nadawczej konieczne jest stosowanie przetwornika zamieniającego sygnał elektryczny na sygnał optyczny (diody laserowe lub elektroluminescencyjne) i wprowadzenie go (wiązki światła niosącej informacje) do włókna światłowodowego. Z kolei od strony odbiorcy (odbiornika) należy zastosować przetwornik, który dokona zamiany sygnału optycznego na sygnał elektryczny (tzw. fotodetektory). Można podzielić światłowody na: planarne (warstwowe), włókniste i paskowe.

Parametry światłowodów: tłumienność światłowodu (straty mocy optycznej sygnału, zmniejszenie odległości transmisji), dyspersja chromatyczna i modowa, apertura numeryczna

Zalety: bardzo duża przepustowość transmisyjna, mała tłumienność jednostkowa, odporność na zakłócenie elektromagnetyczne, jakość i niezawodność transmisji, transmisja na duże odległości bez konieczności wzmacniania sygnału.

Wady: Technika stosunkowo bardzo droga, konieczność stosowania specjalnych kosztownych urządzeń, skomplikowana instalacja.


Wyszukiwarka