11

Uzavreté televízne okruhy - UTvO – CCTV (PTV)

Vývoj televíznej techniky v 20. storočí spôsobil jej výrazné rozšírenie aj do priemyselnej oblasti v roku 1941. V 80 rokoch zaznamenali vývoj CCD kamery a 1985 došlo prvý krát k ich komerčnému využitiu.

Z technického hľadiska chápeme televízny signál ako snímanie obrazu preneseného cez optickú časť na elektronický prvok, ktorý premieňa dopadané svetlo na elektronický signál.

22

V praktickom použití ma televízny systém, ktorý

nazývame aj priemyselná televízia (PTV) na základe

svojho vyhotovenia a úrovne viacero komponentov,

a to:

- kamery,

- káblové rozvody,

- kvadrátory, splitery, rozbočovač, videomatrice,

- monitory,

- záznamové zariadenia,

33

5.2 PRIEMYSELNÉ KAMERY

Kamery sú zariadenia meniace opticky vnem na elektronický signál. Podľa hlavného transformačného prvku obrazu môžu kamery využívať:

- snímaciu elektrónku,

-polovodičové CCD panel.

44

KAMERA

sú zariadenia meniace opticky vnem na elektronický signál a to analógovým alebo digitálnym spôsobom. Sú známe aj čiastočne riešenia kedy je digitálne spracovaný obraz degradovaný na signál analógový, napr. z dôvodu prenosu signálu. Podľa hlavného transformačného prvku obrazu môžu kamery využívať:

Snímacia elektrónkou - Snímacia elektrónka je jedným z posledných vákuových prvkov používaných v televíznej technike. Činnosť snímacích elektronike je založená na fotoelektrickom jave. Jeho podstatou je schopnosť niektorých látok umiestnených vo vákuu, uvoľniť elektróny pri dopade svetelného toku na fotodiódu a meniť tak žiarenie na elektrický prúd, ktorého veľkosť je úmerná intenzite dopadajúceho svetla. Signálna elektróda ma prednej časti banky naparovanú vrstvu kovu s orientovanou vodivosťou závislou od osvetlenia.

55

Orientovaná vodivosť znamená, že vrstva je povrchovo

nevodivá, môže sa však stať vodivou v priečnom

smere. Na tenkú vrstvu dopadá elektrónový lúč,

vznikajúci v elektrónovej tryske (táto je súčasťou

elektrónovej optiky). Ak svetlo dopadne na

neosvetlené miesto, nestane sa nič. Ak však dopadne

svetlo na miesto, na ktorom je vodivosť zmenená

elektrónovým lúčom vznikne prúd, ktorý je spracovaný

ako obrazový signál, a ďalej sa odvádza odporom.

Elektróka je ešte dovybavená sústavou cievok pre

zaostrovanie, vychyľovanie a korekciu elektrónového

lúča. Vychylovacia cievka odkláňa elektónový lúč tak,

aby na magnetickej ploche vytváral riadkovú osnovu

štvorca s pomerom strán 4:3.

66Snímacia elektrónka typu vidikon (od 60 rokov 20. stor.)

77

Od používania týchto kamier sa s nástupom

polovodičových komponentov upúšťa najmä pre ich

priestorové nároky, citlivosť na mechanické porušenie

(sklenené komponenty), vysokú energetickú náročnosť

a väčšiu citlivosť na tepelné pomery v priestore, kde sa

nachádzajú, a nezabúdajúc na technologickú

zastaranosť.

Ich využitie je ale ešte vhodné v malo osvetlených

priestoroch a pri monitorovaní napr. jadrových

elektrárni (kvôli radiácii je životnosť CCD snímača cca 1

rok!).

88

Polovodičový snímací prvok CCD

Princíp snímacieho prvku s nábojovou väzbou CCD

(charge coupled device) spočíva v tom, že snímacia časť

je tvorená drobnou mozaikou polovodičových

svetlocitlivých buniek CCD, tzv. pixelov. V nich sa

vytvárajú v priebehu polsnímkov elektrické náboje,

úmerné veľkosti osvetlenia. V polsnímkovom

zatemňovacom intervale sa všetky náboje zo snímacej

časti prenesú do zatemňovacej časti. V priebehu

nasledujúceho polsnímku, kedy v snímacej časti

vznikajú nové náboje, presúvajú sa náboje z pamäti po

jednotlivých riadkoch do posuvného registra.

99

Z posuvného registra sa už odvádza obrazový

signál. Tento môže byť buď čiernobiely alebo farebný s

rozkladom na tri základné farby (RGB – Red, Green,

Blue). Hustota pixelov sa s vývojom techniky

a potrebami zákazníka líši, avšak pohybuje sa zväčša od

370 -580 riadkov u čiernobielych a 320 – 460 riadkov

u farebných kamier .

Citlivosť na minimálne osvetlenie čiernobielych

kamier sa pohybuje v rozsahu od 0.04 lx vyššie, u

farebných 0,4 lx.

1010 CCD snímač

1111

Optickú časť kamier tvoria objektívy rôzneho prevedenia. Ohnisková vzdialenosť býva nastaviteľná ručne alebo motoricky. Tak isto aj clona môže byť nastavená pevne, ovládaná ručne alebo automaticky.

Stojany a konzoly pre upevnenie sú rôznorodej konštrukcie. Ich úlohou je bezpečné a pevné uchytenie kamier. Mechanické otočné hlavice umožňujú na základe konštrukcie otočenie kamery horizontálne aj vertikálne. Elektronické otočné hlavice umožňujú motorické otáčanie kamery podľa konštrukcie aj o 360°.

1212

Konštrukcie kamier môžu byť rožne na základe použitej technológie a určenia. Počnúc od klasických, cez otočné hlavice až po miniaturizácie pre skryté použitie alebo integráciu do predmetov (dverové kukátko).

Niektoré výrobky sú kombinované aj s inými

snímačmi napr. s PIR snímačom alebo detektorom

dymu. Medzi kamerové prostriedky môžeme zaradiť aj

„elektronických dverových vrátnikov“, ktorý sa

skladajú z kamerovej časti umiestnenej pri vchode,

zväčša s integrovaným zvončekom a monitorovej časti,

umiestnenej v interiéry väčšinou v kombinácii s

telefónnym slúchadlom.

Medzi doplnky kamier patria aj ochranné kryty,

ktoré chránia kameru pred nepriaznivým prostredím

a neoprávneným manipulovaním.

1313

klasická kamera CCD kamera

„domova kamera“ s 360° otáčaním

1414

kryt kamery kamera s PIR snímačom

mini kamery

1515

kamera v technologickom ochrannom krytechladená médiom

IR kamiery s prídavným

osvetlením LED diódami

1616

domový vrátnik

1717

Kamery sú napájané buď jednosmerným prúdom

z externého zdroja (zväčša 12 V „ss“), striedavým

nízkonapäťovým zdrojom (16- 24 V „st“) , striedavým napätím

230 V alebo napätím po koaxiálnom resp. „kategória 5“ kábli .

Prenos signálu je realizované zväčša koaxiálnym

káblom alebo iným nízkonapäťovým káblom (1V)

určeným pre prenos televízneho signálu. U niektorých

moderných kamier je okrem klasického video výstupu

integrovaný aj výstup pre počítačovú sieť „kategórie

5“. Pri tomto zapojení sa kamera správa ako radové

sieťové zariadenie (ma vlastnú IP adresu ako počítač

a pod.), pričom výrobca k nej dodáva softvér

kompatibilný s platformami Linux a Windows, pričom sa

uvažuje o pripojenie v rámci systému GPRS aj pre

službu WAP.

1818

Kamera schopná pripojenia na počítačovú sieť LAN s rýchlosťou min. 2 Mb/s

1919

Kamery využívajú viditeľný počet bodov 575 x 767

(pri pomere 4:3). Ostatné riadky do počtu 625 slúžia

pre snímkové zatemnenie a rozklad na polsnímky.

Snímok si môžme prestaviť ako jednu informáciu,

ktorá nesie so sebou úroveň jasu (u ČB kamier) alebo

rozloženie farieb (u farebných kamier). Tabuľka 5.1

udáva požiadavku na dátový tok v závislosti od

druhu použitej kamery. Na základe súčasných

možností prenosu digitálneho signálu je nutné

vykonať kompresiu obrazu vhodným štandardom

kompresie dát napr. M-JPEG, MPEG, H261, Wavelet,

MPEG-4.

2020

2121

Výhody digitálnych sieťových kamier

oproti analógovým

1. Odstránenie problémov pri prekladaní polsnímkov a následných

chýb obrazu. Pri analógových kamerách sa z tohto dôvodu

vyskytuje „klasické“ rozmazanie obrazu pri rýchlo sa

pohybujúcich predmetoch. Zároveň pri okamžitej digitalizácii

obrazu odpadá faktor straty kvality pri prenose signálu od

kamery k ďalším zariadeniam.

2. Napojenie cez existujúce počítačové siete (Ethernet, Internet)

a ich rozoznávanie na základe IP adresy. Šetrí to kabeláž, keďže

u analógových kamier bolo nutné prenášať obrazový signál

a ovládanie po oddelených linkách (+ zvuk po ďalšom

oddelenom kábli), vrátane používania špeciálnych káblov pre

jednostranné využitie (koaxiál).

2222

3. Rozlíšenie kamier ma oproti klasickým analógovým ( 0,4

megapixelu) oveľa vyššie hodnoty. To umožňuje lepšie

rozoznávanie detailov a aj efektívnejší digitálny zoom.

4 .Inteligencia kamier umožňuje samostatnú adaptáciu na

podmienky a udalosti v danom prostredí. Ďalšou funkciou je

štandardne zabodovaná detekcia pohybu a ovládanie externých

alarmov. Zároveň systém umožňuje aj zakódovanie obrazu pred

jeho odoslaním z kamery

5. Vzhľadom na jednotnosť prenosu signálu sa stal

bezproblémový aj obojsmerný prenos zvuku (z kamery aj ku

kamere).

6. Nižšia celková nákladovosť systému a „technologická

perspektíva“ použitých zariadení.

2323

Videoprepínač

Je to zariadenie umožňujúce sledovanie signálu

z viacerých kamier na niekoľkých monitoroch.

V pravidelných sekvenciách (1 až 255 sekúnd) sú

prepínane výstupy z jednotlivých kamier, zväčša 4-16

vstupov . Keďže manuálne prepínanie vstupov spôsobuje

krátkodobý výpadok signálu (asynchronita výstupov

signálu z kamier), ďalšou úlohou video prepínača je

zosynchronizovať frekvencie polsnímkou na jednotlivých

kamerách. Potom je prepínanie obrazov plynulé bez

skákania obrazu, ktoré môžeme spôsobiť nefunkčnosť

systému v kritickom momente. Zariadenie ma zväčša min.

2 výstupy na záznamové zariadenie a je schopne každej

kamere priradiť v obraze doplňujúci text (napr. kamera

č.1).

2424

Tieto zariadenia sú schopné registrovať aj poplachové signály

z PSN a automaticky prepnúť (začať záznam) na exponované

miesto (kameru).

Videoswitcher (videoprepínač)

2525

5.4 Spliter, Multiplexer

Spliter je zariadenie združujúce signály z viacerých kamier

a umožňujúce na obrazovke monitoru zobraziť naraz až štyri zábery

rôznych priestorov. Nevýhodou tohto zariadenia je, že takýto spoločný

obraz sa zaznamenáva na záznamovom zariadení (nie je možné záznamy

jednotlivých kamier oddeliť – zväčšiť)

Rozloženie obrazu pri splitery, kvadrátor

2626

Multiplexer je dokonalejšie zariadenie umožňujúce súčasné

sledovanie obrazu z viacerých kamier a jeho následného

záznamu. Do zariadenie vstupujú polsnímky z jednotlivých

kamier, ktoré multplexer skladá za sebou v pravidelnej

postupnosti. Výstup tvorý jeden signál zložený z polsnímkou

jednotlivých kamier. Takto je možné zaznamenať každý záber

v plnej veľkosti a kvalite. Rozloženie polsnímkov zobrazuje

obrázok

1K1 2K1

1K2 2K2

1Kn 2Kn

MULTIPLEXER

1K1 1K2 1Kn

2K1 2K2 2Kn

Rozklad signálu v multiplexery

2727

Polsnímky obsahujú pri vstupe do multiplexeru aj

identifikačný kód vysielaný kamerou a tak je dané

zariadenie schopné rozoznať pôvod signálu príslušne

ho zaradiť do snímkovej fronty.

Kapacita vstupov, ktoré je schopné spracovať jedno

takéto zariadenie je 4 až 48. Pri kombinácii viacerých

multplixerov je možné rozšírenie až na niekoľko stovák

kamier. Pri jednotnej synchronizácii a adresácii kamier

je možný aj prenos signálu z viacerých kamier po

jednom koaxiálnom kábli. Na monitoroch sa s pravidla

volí forma zobrazovania od jednej až po 16 kamier

súčasne.

2828

2929

3030

3131

Videomatrice

Videomatrica je zariadenie, ktoré slúži na distribúciu videosignálu do rôznych častí objektu. Videomatrica má niekoľko videovstupov pre pripojenie kamier a niekoľko videovýstupov pre pripojenie monitorov, pričom pre každý monitor sa dá nakonfigurovať, ktoré kamery sa budú dať na ňom prehliadať. Kamery sa na monitoroch prepínajú pomocou klávesníc, ktoré sú s videomatricou prepojené komunikačnou zbernicou. Pomocou takejto zbernice môže byť vzájomne prepojených viac matríc. Zariadenie ma integrovanú aj registráciu poplachu a ovládanie záznamových zariadení ako ja popis kamier, prepojenie na počítač, tlačiareň a diaľkové prenosové zariadenia. Umožňuje posielanie poplachových správ, času/dátumu a inštrukcií pre obsluhu. Môže byť použitý ako hlavný alebo lokálny video systém vo veľkých systémoch s viac ako 1000 kamerovými vstupmi.

3232

Videomatrica s integrovaným ovládacím panelom vpredu

3333

Video zosilňovač –rozbočovač

V inštaláciách systému PTV je často potrebné použiť rovnaký

video signál na rôzne účely. Napr. signál z kamery je potrebné

priviesť na jednu alebo viac videomatríc a na jeden príp. viac

kvadrátorov v rovnakom čase. Ak je ale potrebná vysoká kvalita

úrovne signálu, tak potom je potrebné použiť distribučný

videozosilňovač. Zariadenie indikuje výpadok, resp. stratu kvality

signálu, asinchronitu kamier a výpadok napájania kamery.

Rozbočovače

3434

Monitory

Sú to klasické výstupové zariadenia pre zobrazovanie

televízneho signálu. Vyrábajú sa v rôznych vyhotoveniach pričom

sa odlišujú rozmerom, tvarom, použitím zobrazovacej jednotky

(farebná alebo čiernobiela obrazovka), a riešeniami pripojenia

iných zariadení (koncovkami pre vstup/výstup signálu signálu).

Rozlíšenie je väčšie ako u kamier (cca 800 riadkov u ČB a do 550

riadkov u farebných kamier) Alternatívou sú aj LCD monitory ale

v obmedzenej miere.

3535

Pozorovacia vzdialenosť monitorov

3636

3737

Záznamové zariadenia

Ako záznamové zariadenia sa v súčasnosti používajú

videorekordéry s magnetickým záznamom. Signál je s určitou

frekvenciou snímkou zaznamenávaný (plynulí obraz), pričom

alternatívou je snímkové nahrávanie. Ak je ešte aj rýchlosť záznamu

obmedzovaná – vtedy hovoríme o pomalobežnom zázname (až 240

hodín). Aktivácia záznamu je možná aj časovým alebo poplachovým

zopnutím. Medzi doplnky dodávané výrobcom patria karta pre

pripojenie PC a diaľkové ovládanie.

S-VHS rekordér

3838

Okrem mechanického záznamu na elektromagnetický pás sa

v súčasnosti používajú už aj digitálne záznamníky, kde

záznamovým médiom je počítačový harddisk. Ten sa rozdeľuje na

záznamové stopy a jednu poplachovú stopu (pre prípad

okamžitého záznamu). Takéto zariadenia sú zväčša konštruované

tak, že je možne do nich napojiť priamo niekoľko kamier (nie aj

potrebný spliter/multplexer). Hlavnou výhodou je, že umožňujú

súčasné nahrávanie a prezeranie záznamu. Majú niekoľko

výstupov na monitor a integrovanú autodetekciu poruchy kamery.

Digitálny záznamník

3939

Sú realizované vo forme zostavy zabudovateľnej do

klasického PC (PC interface), vylepšenou zostavou PC

podľa požiadaviek CCTV systémov (hardvérové

zariadenie na báze PC), alebo profesionálneho

zariadenia (hardvérové zriadenie) od výrobcov CCTV

systémov.

4040

4141

Videoalarmy

Sú to video systémy schopné spozorovať

a analyzovať pohyb v priestore na základe televízneho

signálu z kamery. V priestore sú označené vybraté

zóny, na pohyb v ktorých systém reaguje podľa

nastavenia. Je možné zadať veľkosť a polohu

monitorovanej zóny, citlivosť, počet narušení za

časovú jednotku (ako pri PIR) a minimálnu veľkosť

identifikovaného predmetu. Zväčša sa používajú pri

vonkajšej ochrane rozsiahlych plôch ako sú dvory

a pod.

4242

Prenos video signálu

Prenos signálu je možný po metalických okruhoch, optických vláknach alebo bezdrôtovo.

Koaxiálny kábel – vedie obrazový signál pričom dochádza k úbytku signálu a tým aj zhoršeniu kvality. Pri nevyužití rôznych zariadení (videozosilovače ,videomatrice) je možné realizovať prepojenia od kamery k monitoru na niekoľko 100 metrov. Pri využití korekčných videozosilovčov je možné viesť signál na niekoľko kilometrov. Kábel by mal byť tienený a koncovky zalisované. Pre prenos viacerých signálov po 1 kábli sa používa modulácia v pásme 30 -300 MHz.

4343

Symetrické vedenie – pre prenos signálu sa používa

točený 2 párový kábel alebo jeden pár viacžilového

káblu. Pripojenie neumožňuje priame spojenie

kamery a monitoru. Do obvodu sa zapája prevádzač

za kameru a prijímač pred monitor. Výhodou riešenia

je väčšia odolnosť signálu voči vonkajším vplyvom.

Nevýhodou je nutnosť vhodnej kabeláže a potreba

zložitého nastavenia za pomoci elektronických

prístrojov. Prenos je možný na niekoľko kilometrov,

pri využití videozosilovačov aj niekoľko desiatok km.

4444

Bezdrôtové spojenie – využíva frekvencie

s generálnymi licenciami od cca 10,3 MHz do

1,574 GHz. Možno sem zaradiť aj prenos signálu

modulovaným laserovým lúčom. Používa sa zväčša

na mestské kamerové systémy a premostenie

signálu cez diaľnice, železnicu alebo vodné toky.

4545

Optické vedenie – sa objavuje ako výstup na nových

kamerách ku ktorým je potom nutne na druhej strane

doplniť prevodník. Dĺžka prenosu bez zosilňovačov je

možné až na 4 km, profesionálne prenosové súpravy

sú schopné preniesť signál až na 100 km bez

zosilnenia. V trase je možné prenášať aj viacero

signálov obrazu a zvuku naraz resp. protismerné

ovládacie informácie pre pohyb kamery. Systém je

odolný voči elektromagnetickým vplyvom a

„odposluchu“. Nevýhodou je vysoká cena a odborná

náročnosť na realizáciu.

4646

Prenos digitálneho signálu – je možný až po

kompresii signálu vhodným kódovaním. Napr. pri

plnohodnotnom prenose farebného videosignálu

s 10 bitovou hĺbkou jasu a farebnosťou bez

kompresie by sme potrebovali spojenie s kapacitou

8,8 Mbit/snímok x 25 polsnímkov za sekundu = 220

Mbit/s. Z tohto dôvodu je prenos spojitého signálu

pri slabších pripojeniach možný pri degradácii

kvality signálu.

4747

Počítačové systémy CCTV

Tieto systémy sú založené na princípe softvérového

spracovania, analyzovania, pozorovania a archivácie

televízneho signálu z kamier. Inštalované sú na

počítačoch, ktoré musia spĺňať základné hardvérové

a softvérové požiadavky udané výrobcom systému.

Systém je určený do počítača a tvorí ho PCI karta so

16 BNC výstupmi pre kamery a software. Umožňuje

monitorovanie diania na monitore PC, zaznamenávanie

obrazu z jednotlivých kamier a prehrávanie

zaznamenaných udalostí. Monitorovanie a prehrávanie

je možné vykonávať aj diaľkovo pomocou LAN

počítačovej siete alebo cez telefónnu linku (ISDN,

DSL .... ).

4848

Systém je určený pre Win98/2000/XP, z čoho vyplýva

jeho jednoduchosť ovládania a kompatibilita.

Výhodou je možnosť vybrať si druh nahrávania

z jednotlivých kamier (podľa času a potreby –

nepretržité, len pri zaznamenaní pohybu, čím sa šetrí

priestor na disku, manuálne) a prehľadné

prehrávanie zaznamenaných udalostí podľa čísla

kamery, dátumu a času.

4949

Pripojenie kamier na PC cez koncovky BCN

PCI karta užívateľky prístup do programu (meno+heslo)

5050

Zaznamenané udalosti je možné prehľadne prezerať v kalendári. Zaznamenané udalosti sú označené modrou farbou.

5151

5252

Systém je schopný posielať video signál aj zvoleným diaľkovým spôsobom (LAN, ISDN).

5353

5454

Systém používa špeciálne nahrávanie dát pomocou Imageboxov.

Aplikácia zálohuje dáta iba na fyzické disky nachádzajúce sa

v počítači (nepodporuje CD-RW – zápis na preisovatelné CD).

Systém ponúka možnosť zálohovať len určité imageboxy, alebo

automatickú archiváciu všetkých imageboxov.

Ich spätné prehrávanie je možné individuálne alebo hromadne (4

záznamy naraz).

5555

Systém umožňuje nasledujúce spôsoby nahrávania :

nepretržité nahrávanie.

nahrávania v režime ‘Motion’ (pri detekcii pohybu vo vybraných zónach, ktoré vopred označíme -videoalarmy)

nahrávania v režime ‘Sensor’ (pri detekcii snímačmi pohybu, ktoré môžeme do systému napojiť)

manuálne nahrávanie.