Monitoring wideo, skrótowo CCTV, czy inaczej telewizja dozorowa, ma sens jedynie wtedy kiedy dobrze spełnia założone zadania. Generalnie zazwyczaj służy zwiększeniu bezpieczeństwa, utrzymaniu porządku, kontroli i nadzorowi oraz rejestracji np. materiału dowodowego, choć coraz częściej pojawia się tam, gdzie chcemy podzielić się aktualnym obrazem z szeroką publicznością, np. na stoku narciarskim. Każda instalacja ma indywidualne potrzeby definiowane przez ogólną charakterystykę obiektu, preferencje użytkowników, lokalizację i środowisko, i każda kamera w danym systemie może mieć specyficzne uwarunkowania. Dlatego nie ma uniwersalnej recepty na dobór kamer. Jak go dokonać by nie przepłacić i nie być rozczarowanym rezultatami?
Jest kilka podstawowych i kilkanaście mniej znaczących parametrów kamer dozorowych. Monitoring można podzielić na grupy wg przeznaczenia i systemu pracy. Do celów tego artykułu podzielmy je względem “medium” przesyłu na cyfrowo-analogowe oraz IP. Pierwsza grupa ewoluowała z rodziny kamer analogowych (nota bene wciąż spotykanych na obiektach) w uproszeniu znamienna jest tym, że sygnał z przetwornika cyfrowego obrazu przesyłany jest w postaci analogowych, modulowanych “fal” przewodami miedzianymi o odpowiednich parametrach. Zasada działania systemów transmisji sygnału takich jak AHD, HD-CVI, TurboHD jest podobna do dawnej analogowej telewizji kablowej, z tym, że daje możliwość przesyłu obrazu o znacznie lepszych parametrach, w szczególności rozdzielczości. Dla odróżnienia system IP oparty jest o przesył danych przez protokół TCP-IP – stąd skrótowa nazwa. Wykorzystuje infrastrukturę sieci ethernet, a materiał wideo jest kodowany przez kamerę i dekodowany przez urządzenie do odtwarzania i rejestracji (specjalnie piszę i urządzeniu, bo nie zawsze musi to być rejestrator) podobnie jak przy streamingu filmów z serwisów internetowych lub VOD na smart TV. Wybór systemu monitoringu wg tego “pierwotnego” podziału rozpracujemy w osobnym artykule, jednak niezależnie od niego dalszy dobór kamery bazujący na selekcji parametrów względem potrzeb jest uniwersalny dla obu grup.
Ograniczmy się do instalacji przewodowych, wykonywanych na budowanych lub istniejących obiektach, gdzie rozprowadzenie przewodów do transmisji sygnału i zasilania jest możliwe i uzasadnione. Pomijamy też kamery specjalne i specjalistyczne, które stanowią procentowo pomijalny udział w rynku i często są produkowane na indywidualne zamówienie.
W doborze kamer do konkretnego zadania, czyli obserwowanego obiektu lub obszaru należy skupić się na następujących parametrach:
- mobilność
- czułość
- rozdzielczość
- ogniskowa obiektywu
- doświetlenie podczerwienią
- stopień ochrony
- rodzaj obudowy
Kolejność nie jest tu przypadkowa, chociaż pierwsze wymienione nie w każdym przypadku są ważniejsze. Mobilność jest sprawą osobliwą i dotyczy raczej małej grupy urządzeń instalowanych do obserwacji ciągłej. Pojawią się tu kamery na torach podwieszanych, obrotowe, ze zdalnie regulowanym polem widzenia (tzw. moto-zoom) i kombinacje tych trzech. Zwykle operator lub zaprogramowany harmonogram decyduje o tym, w którą stronę zwrócony jest obiektyw i jak szerokie jest pole widzenia. Skoro więc w inwestycji zakładamy, że obsługa ma za zadanie manipulowanie kamerą w taki sposób, by zrobić z niej jak najlepszy użytek, możemy zastosować jedno z powyższych rozwiązań. Jedno z zastosowań jest jasne i powszechnie znane – to wielkopowierzchniowe sklepy i im podobne hale. Jednak coraz częściej można usłyszeć lub zobaczyć mobilne stacje dozoru wykorzystujące kamery obrotowe na teleskopowych masztach zainstalowane bądź bezpośrednio na samochodzie dostawczym, bądź przyczepie. Podobne usługi są świadczone np. organizatorom masowych imprez plenerowych. Wracając do powszechniejszych zastosowań i parametrów technicznych: czułość, rozdzielczość uogólniając odpowiadają za szeroko pojętą jakość obrazu, ogniskowa obiektywu w połączeniu z rozmiarem przetwornika obrazu za statyczne pole widzenia, a trzy ostatnie parametry dobieramy względem środowiska pracy. I znowu, dla każdego inwestora będą miały różne znaczenie pierwsze lub drugie. Dla przykładu: sala wykładowa, przestrzeń wspólna w biurze, hol w pensjonacie to aplikacje gdzie stawiamy na dyskrecję i nie potrzeba wandaloodpornej obudowy. W kontrze weźmy peron dworca Szczecin – Niebuszewo, gdzie być może w skończonym czasie doczekamy się przystanku kolei metropolitalnej i gdzie nie będzie można zagwarantować dżentelmeńskiego zachowania wszystkich pasażerów wobec infrastruktury, karey włączając. Jakość obrazu natomiast będzie miała kardynalne znaczenie np w dużej sali obsługi w banku, gdzie estetyka to często rzecz pomijalna i nie spodziewamy sie aktów wandalizmu.. Natomiast właściciel osiedlowej natomiast Żabki będzie się kierował ceną zakupu nie bacząc na to, czy system poprawi bezpieczeństwo w jego sklepie, a o tym że nie stać go na tanie rozwiązania przekona się już po pierwszym przekręcie na kasie, po którym z nagranego materiału nie będzie mógł odczytać, czy ekspedientce wręczono banknot 20 czy 200 zł. I tak, biorąc pod uwagę jakość obrazu przesuwać się będziemy w lewo lub prawo po poszczególnych parametrach oceniając w którym położeniu dla danej aplikacji znajdziemy optimum. Zaczynając od pierwszego parametru:
Czułość – prawie zawsze im większa tym lepiej, bo gwarantuje lepszej jakości obraz w ciężkich warunkach oświetlenia, jednak są w tym temacie co najmniej 2 pułapki. Po pierwsze czułość wyspecyfikowana przez producenta w luxach może być wysoka, ale przy długim czasie naświetlania. I to pojawi się problem “smużenia” ruchomych obiektów. Po drugie: cena kamer z wysokoczułymi matrycami jest jeszcze, póki co, zauważalnie wyższa niż ze standardowymi. Dlatego trzeba się zastanowić, czy rzeczywiście taka kamera jest potrzebna i jeśli oświetlenie planu jest zawsze dostatecznie dobre, to można zaoszczędzić 20 do 30% stosując urządzenie o czułości w granicach 0,5 luxa. Poza tym, kamery z doświetlczem podczerwieni radzą sobie w całkowitej ciemności, ale o tym za chwilę.
Rozdzielczość – to wielkość obrazu w pikselach. Stosowane niegdyś przetworniki w standardzie VGA lub 720p wydają się dzisiaj trochę niepoważne i powoli wychodzą z rynku. Obraz wielkości 2 i 4 MPix to dziś akceptowalny standard, a do kupienia są powszechnie również kamery 5io, 6io, 8io i 12o megapikselowe. Im “większa” matryca tym bardziej szczegółowy obraz, ale, podobnie jak poprzednio, za wzrostem rozdzielczości idzie cena. Zatem skoro wiadomo, że główny obszar zainteresowania jest odległy od obiektywu zaledwie o kilka metrów a pojawiające się w nim obiekty to głównie ludzie, na pewno nie będzie problemu z rozpoznaniem twarzy przy przetworniku 1 MPix. A dla przykładu, jeżeli założenie obejmuje rejestrację zdarzeń na parkingu dwoma kamerami, z których jedna ma pole ograniczone ścianą i sięga 10 m, a druga obserwuje plac rozciągający się do odległości 40 – 50 m to przy żądaniu podobnego rezultatu przy odczytywaniu numerów tablic rejestracyjnych druga kamera powinna być ok 4 razy “ostrzejsza”. W przypadku rozdzielczości wybór kompromisu nie ogranicza się jedynie do limitowania wydatków na kamerę. Trzeba też pamiętać, że materiały wyższej rozdzielczości zajmują więcej przestrzeni dyskowej i bardziej obciążają procesor rejestratora – nie każdy radzi sobie z ich przetwarzaniem i nagrywaniem.
Dla porządku odsyłam zestawienia ilości megapikseli z ilością linii obrazu, które może być lepiej wyczuwalne, gdyż jest stosowane częściej m. in. w odniesieniu do monitorów i telewizorów:
Ogniskowa obiektywu – a właściwie jej długość odpowiada za pole widzenia i “zbliżenie” kamery, a inaczej w zestawieniu z fizyczną wielkością przetwornika obrazu definiuje szerokość kąta widzenia. Zdecydowanie najpopularniejsze kamery to te, których kąt poziomy wynosi od 90° do 100° a mają obiektywy o ogniskowej 2,8 mm. Popularne są też obiektywy 3,6 i 4 mm do obserwacji korytarzy oraz zmiennoogniskowe, to jest moto-zoom i manualnie ustawiane przy instalacji. Uwaga: w przypadku różnych kamer nie zawsze ta sama wartość długości ogniskowej da to samo pole widzenia; przy różnicach w wielkości przetwornika kąt ten może się różnić całkiem widocznie, dlatego tak naprawdę warto zwracać uwagę na parametr wynikowy, czyli właśnie kąt widzenia. Druga uwaga dotyczy użytkowania kamer z moto-zoomem: należy pamiętać, że rejestrator zapisuje dokładnie to co widzi, więc jeżeli operator “przybliży” obraz, tracimy zapis pełnego pola widzenia (by tego uniknąć w systemie posiadającym odpowiednią funkcję dobrze jest ustawić automatyczne ponowne ustawienie zdefiniowanego przybliżenia po zakończeniu obsługi ręcznej).
Doświetlenie podczerwienią to funkcja występująca dziś w przeważającej części kamer dostępnych na rynku. Zlokalizowane w okolicy obiektywu diody IrED emitujące promieniowanie podczerwone oświetlają otoczenie niewidzialnym dla oka światłem, które jednak po odbiciu od obiektów na planie jest odbierane przez przetwornik obrazu osłonięty odpowiednim, automatycznym filtrem. Daje to możliwość obserwacji zupełnie bez światła w paśmie widzialnym, np nocą lub w nieoświetlonych pomieszczeniach. Obraz w podczerwieni jest monochromatyczny (czarno-biały) gdyż wąskie pasmo promieniowania IrED nie odwzorowuje znanych ludzkiemu oku kolorów. Mimo, że postacie i przedmioty wyglądają dość dziwnie, można bez problemu rozpoznać kształty i faktury. Niekorzystny wpływ oświetlacza ujawnia się w środowisku zakurzonym, przy opadach atmosferycznych oraz tam gdzie dobrze czują się pająki i owady, które lgną do źródła niewidzialnego światła podczerwonego tak samo jak do zwykłej żarówki. Każdy, nawet najmniejszy obiekt znajdujący się w pobliżu obiektywu silnie odbija promieniowanie podczerwone i daje obraz jasnego, niewyraźnego, często dynamicznie poruszającego się kształtu. Nawet jeżeli to zjawisko jest akceptowalne przy obserwacji, to włączona w rejestratorze funkcja nagrywania po wykryciu ruchu będzie ciągle aktywna, co wpływa na tempo zapełniania nośnika danych.
Kamery w zależności od sumarycznej mocy dior IrED mają możliwość oświetlania na odległość od 5 do ponad 50 m, a specjalistyczne nawet 500 m i więcej. Bardziej rozwinięte konstrukcje z moto-zoomem zmieniają też kąt świecenia w zależności od ustawienia ogniskowej. Zatem w kwestii doboru kamery należy określić czy potrzebne będzie działanie w całkowitej lub znacznej ciemności i jaki ma być zasięg skutecznego doświetlenia. Jako alternatywa występują też kamery z białym oświetleniem LED.
Stopień ochrony – określa odporność mechaniczną kamery. Najprostszy podział rozgranicza urządzenia do stosowania wyłącznie w budynkach od zewnętrznych i opisuje go klasa ochronności IP. Kolejny atrybut to wandaloodporność określany klasą IK. Te dwa parametry moim zdaniem nie wymagają komentarza. Warto jednak pamiętać, że w miejscach wyeksponowanych możliwa jest narażenie kamery na nieprzewidziane czynniki ludzki i środowiskowe, dlatego dobrym zwyczajem jest zainstalowanie jej na niedostępnej wysokości lub pod zadaszeniem, ale sposób montażu to temat na osobny artykuł.
Rodzaj obudowy nie jest bez znaczenia, choć wymieniony jako ostatni. Jak już wcześniej pisałem niektóre aplikacje wymagają subtelnej dyskrecji. Jeżeli tak jest, a nie sposób lub nie wypada zainstalować kamery ukryte (być może te też powinny być wzięte pod uwagę przy doborze) dobrze spisze się kamera kopułkowa z kloszem. Jej konstrukcja sprawia, że trzeba się przyjrzeć by dostrzec w która stronę skierowany jest obiektyw. Popularne i szeroko stosowane we wnętrzach są obudowy kopułkowe typu turret (ang.: wieżyczka) nieco przypominająca odwrócona wieżyczkę czołgu. Do instalacji na ścianie i obserwacji wzdłuż niej lepsza będzie obudowa tubowa, czy inaczej bullet (ang.: kula, pocisk) m. in. ze względu na większą odległość obiektywy od powierzchni ściany, co chociażby redukuje odblaski oświetlenia podczerwienią. Są jeszcze obudowy kompaktowe do kamer składanych z elementów i specjalizowane, tj. np. “rybie oko”, panoramiczne, zespolone, podwieszane i inne. Dobrze jest pamiętać o pobraniu puszki montażowej dedykowanej do kamery jeżeli ta ma być zamontowana na elewacji – to znacznie bardziej estetyczne i trwałe rozwiązanie niż stosowanie zwyczajnej puszki łączeniowej z tworzywa.
Na opisanie ciekawych konstrukcji o niszowym zastosowaniu na pewno znajdzie się miejsce w osobnym artykule.
Podsumowanie
W tym artykule skupiłem się na podstawowych zagadnieniach związanych z samym powstawaniem obrazu. Pozostały jeszcze nieomówione aspekty związane z doborem kamer dozorowych, które dla co poniektórych aplikacji trzeba rozważyć, lecz dla znacznej większości wystarczy wziąć pod uwagę te wyliczone powyżej oraz zastosować dwa uniwersalne narzędzia: nieco wysiłku i zdrowego rozsądku. Oferowane dzisiaj systemy dają bardzo duże możliwości przetwarzania obrazu i wyciągania z nagrań informacji, takich chociażby jak wykrywanie i rozpoznawanie obiektów, liczenie osób, wizualizacja zagęszczenia ruchu, czy nawet obrazowanie termowizyjne. Usystematyzowanie całego zagadnienia może się wydawać proste, ale w rzeczywistości jest nieco sztuczne ze względu na mnogość dostępnych rozwiązań i kombinacji. Wystarczy powiedzieć, że każdy z czołowych producentów ma w swojej ofercie ponad 200 kamer wyłącznie do standardowych zastosowań, jest więc z czego wybierać. Dlatego proszę potraktować ten artykuł częściowo jako przewodnik, a częściowo ogólną wskazówkę do zwrócenia uwagi na złożoność tematu.
Jeżeli o producentach mowa, to nie ośmielam się rozważać wyższości któregokolwiek. Poza funkcjonalności i jakością wykonania zwracam uwagę na sposób konfiguracji, przejrzystość interfejsu użytkownika, dostępność zamienników, poziom serwisu i kompatybilności.
Reasumując powtórzę tezę, że nie ma uniwersalnej kamery. Nie warto też przepłacać za funkcje, które nie będą wykorzystywane, ale w tym przypadku zwykle za ceną idzie jakość, więc trzeba pamiętać, że po zakupie taniej kamery nie można się spodziewać, że będzie tak samo dobra jak droższa. I jeszcze na sam koniec uwaga, że nawet jeśli zastosuje się wyłącznie sprzęt z górnej półki to cały system będzie co najwyżej tak użyteczny jak pozwoli mu projektant i użytkownik.