Uzavreté televízne okruhy - UTvO – CCTV (PTV)

1. 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.

2. 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,

3. 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.

4. 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.

5. Orientovaná vodivosť znamená, že vrstva je povrchovo nevodivá, môže sa však stať vodivou v priečnom smere. Na tenkú vrstvudopadá 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.

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

7. 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!).

8. Polovodičový snímací prvok CCD • Princíp snímacieho prvku s nábojovou väzbou CCD (chargecoupled 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.

9. 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.

10. CCD snímač

11. 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°.

12. 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.

13. klasická kamera CCD kamera „domova kamera“ s 360° otáčaním

14. kryt kamery kamera s PIR snímačom mini kamery

15. kamera v technologickom ochrannom kryte chladená médiom IR kamiery s prídavným osvetlením LED diódami

16. domový vrátnik

17. 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.

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

19. 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.

21. Výhody digitálnych sieťových kamier • oproti analógovým • 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).

22. 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.

23. 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).

24. Tieto zariadenia sú schopné registrovať aj poplachové signály z PSN a automaticky prepnúť (začať záznam) na exponované miesto (kameru). Videoswitcher (videoprepínač)

25. 5.4 Spliter, Multiplexer • Spliterje 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

26. 1K1 2K1 MULT IPLEXER 1K2 2K2 1K1 1K2 1Kn 2K1 2K2 2Kn 1Kn 2Kn Multiplexerje 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 Rozklad signálu v multiplexery

27. 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.

31. 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.

32. Videomatrica s integrovaným ovládacím panelom vpredu

33. 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

34. 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.

35. Pozorovacia vzdialenosť monitorov

37. 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

38. 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

39. 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.

41. 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.

42. 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.

43. 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.

44. 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.

45. 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.

46. 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.

47. 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 .... ).

48. 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.

49. Pripojenie kamier na PC cez koncovky BCN PCI karta užívateľky prístup do programu (meno+heslo)

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