CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии - Владо Дамьяновски

По сути, тип изображения определяет емкость канала, нужную для передачи. Канал цифрового наземного вещания может потребовать пропускной способности до 20 Мбит/с. Сервисы HDTV будут использовать большую часть (или даже полностью) этой пропускной способности, но сервисы телевидения стандартной четкости потребуют значительно меньшую часть пропускной способности в зависимости от характера видеопотока. Так трансляция различных спортивных соревнований, где присутствует много быстрых движений, потребует до 10 Мбит/с и, следовательно, одновременно можно предоставлять только два сервиса такого рода. Для сравнения, для передачи изображения диктора потребуется уже только 5 Мбит/с.

Системы DTTB могут обеспечивать 6-, 7- и 8-МГц-канальные интервалы при минимальном или почти не заметном с точки зрения стоимости убытке. Австралия использует 7-МГц канальный интервал для аналоговых услуг, США — 6-МГц, Европа — 8-МГц, в некоторых странах используют 7-МГц.

DTTB можно обеспечить в пределах существующих вещательных диапазонов частот, обычно в УВЧ, но также и в метровых диапазонах, используя свободные каналы, соседствующие с каналами аналоговых сервисов.

Из-за технических ограничений, свойственных аналоговым системам, эти каналы зачастую нельзя использовать для дополнительных аналоговых услуг, но можно использовать для DTTB, так как ожидается, что такие приемники будут толерантны к высоким уровням внутриканальных помех и помех совмещенных каналов.

HDTV, естественно, смотрится лучше, четкость и разрешение изображений позволяют использовать экраны намного большего размера. Если первоначально такие экраны создавались на технологии ЭЛТ, позволяющей достичь высокого разрешения, то нельзя было ожидать, что размер диагонали экрана превысит 1 метр. Но благодаря новым технологиям, таким как плазменные панели, FED- или DMD-технологии, а также ЖК (все это мы рассмотрим в гл. 6 «Мониторы»), мы, конечно, увидим большие экраны, размеры которых будут ограничены, наверное, только размерами помещения и расстоянием до зрителя.

Для видеонаблюдения размеры не столь важны, вполне достаточно ЭЛТ-мониторов с высоким разрешением, так как большинство операторов и пользователей, работающих с системами наблюдения, следят за экранами с очень близкого расстояния. Но это не значит, что нельзя избрать иной подход и установить один или два больших монитора — в качестве главных контрольных дисплеев — на значительном расстоянии от зрителя.

5. Телекамеры в системах видеонаблюдения

Самый первый и наиболее важный элемент системы видеонаблюдения — это элемент, формирующий изображение, то есть телекамера.

Термин «камера» произошел от латинского camera obscura, что означает «темная комната».

В средние века такие комнаты использовали художники. Затемненная комната кубической формы с выпуклой линзой с одной стороны и экраном, на который проецировалось изображение с другой, использовалась художниками для формирования изображений и последующей их зарисовки.

В XIX веке под «камерой» понимали устройство записи изображений на пленку или другой светочувствительный материал. Она состояла из светозащищенной коробки, объектива, через который проходил и фокусировался свет, затвора, контролировавшего продолжительность раскрытия объектива, и диафрагмы, регулировавшей количество проходящего через стекло света.

В 1826 г. Иозеф Найсфор Нипс (Joseph Рис. 5.1 Nicephore Niepce) получил первое негативное изображение на пленке. Так зародилась фотография.

Вначале фотографические камеры не сильно отличались от концепции камеры-обскуры. Они представляли собой черную коробку с объективом впереди и фотопластинкой сзади. Начальная установка изображения и фокусировка делались на основе перевернутой «вверх ногами» проекции, которую фотограф мог видеть, только прикрывшись черной накидкой.

Первая коммерческая фотокамера была снабжена механизмом ручной подачи пленки и видоискателем (или окуляром), который давал приблизительный обзор, видимый объективом.

Сегодня мы используем термин «камера» в киносъемке, фотографии, телевидении и мультимедиа. Камера проецирует изображение на различные мишени, но во всех камерах используется свет и объективы (В русском языке большое разнообразие значений слова «камера» — фотокамера, кинокамера, видеокамера, тюремная камера, воздушная камера, футбольная камера, газовая камера, камера хранения, велосипедная камера и т. д. Разумно для устройств, применяемых в видеонаблюдении использовать термин «телекамера». Прим. ред.).

Чтобы понять, что же такое система видеонаблюдения, необязательно быть экспертом по телекамерам и знатоком оптики, но если вы понимаете основы, то это вам здорово поможет.

Многое тут аналогично фотографии, а поскольку каждый из нас когда-либо пробовал свои силы в семейной фотографии, то нам нетрудно будет провести аналогии между видеонаблюдением и фотографией или домашним видео.

В фотографии и кинокамерах происходит преобразование оптической информации (изображений) в отпечатки на химической эмульсии (пленке). В телевизионных камерах происходит преобразование оптической информации в электрический сигнал. Во всех случаях используются объективы с определенным фокусным расстоянием и углом обзора, различными для различных форматов.

Объективам свойственны ограниченная разрешающая способность и наличие искажений (или аберраций), и особенно это заметно в пленочных камерах. Это происходит потому, что разрешение пленки все еще гораздо выше, чем разрешение электронных камер, хотя с каждым днем появляются все новые и новые ПЗС-матрицы более высокого разрешения.

Для примера, используемые в видеонаблюдении ПЗС-матрицы высокого разрешения содержат 752 х 582 пикселов (элементов изображения), а цветная негативная 35-мм пленка в 100 ISO имеет разрешение, эквивалентное 8000 х 6000 элементов (эмульсионных зерен пленки). Типичное разрешение пленки — 120 линий на мм.

В 1997 г. на рынке появился еще один тип камер. Такие камеры используются вместе с компьютерами в видеоконференциях и для хранения цифровых изображений. В этих камерах в качестве фотоприемника используется ПЗС-матрица — вместо аналогового электрического сигнала или проекции изображения на пленку камера преобразует изображение в цифровой формат и записывает его на микродиск или RAM-карту, с которых изображение легко перенести в компьютер. Большинство таких камер дают статические кадры, но появляются и камеры, дающие видеосигнал в цифровом формате в реальном режиме времени.

Рис. 5.2. Одна из ранних телевизионных камер (1931 г.)

Первые эксперименты с телевизионными камерами состоялись в 1930-х и были проведены инженером русского происхождения Владимиром Зворыкиным (Zworykin) (1889–1982). Его первая камера, созданная в 1931 г., фокусировала изображение на мозаику из фотоэлементов. Напряжение в каждом элементе было мерой интенсивности света в каждой точке и могло быть преобразовано в электрический сигнал.

Эта концепция, не считая небольших модификаций, осталась неизменной в течение десятков лет.

Первые камеры изготовлялись из стеклянных трубок и светочувствительного люминофорного покрытия на внутренней поверхности стекла. Сегодня мы называем их передающими трубками.

Рис. 5.3. Студийная телевизионная камера с передающей трубкой (1952 г.)

Работают передающие трубки по принципу фоточувствительности, основанному на фотоэффекте. Свет, проецируемый на люминофорный слой трубки (называемый мишенью) обладает энергией, достаточной, чтобы вызвать выбивание электронов из кристаллической решетки люминофора.

Число выбиваемых электронов пропорционально свету, и таким образом формируется электрическое представление световой проекции.

При появлении видеонаблюдения существовало два основных типа трубок: видиконы и ньювиконы.

Видикон был дешевле и менее чувствителен. Так называемый автоматический контроль потенциала мишени эффективно контролировал чувствительность видикона и косвенно выполнял функции электронного затвора, как сегодня мы называем этот процесс в ПЗС-телекамерах. Поэтому видиконы работали только с объективами с ручной установкой диафрагмы. Минимальная освещенность, необходимая для того, чтобы черно-белый видикон сформировал видеосигнал, составляла порядка 5-10 лк, отраженных от объекта, при использовании объектива F/1.4.