Technická podpora
Kamera

Kamerové
systémy

AVTECH/CCTV
Jiří JONÁK +420 731 652 004 jonak@stasanet.cz
Jan STOJKOVIČ +420 603 157 407 stojkovic@stasanet.cz
MAZi/NUUO
Jan STOJKOVIČ +420 603 157 407 stojkovic@stasanet.cz
Hikvision
Jiří JONÁK +420 731 652 004 jonak@stasanet.cz
Jan STOJKOVIČ +420 603 157 407 stojkovic@stasanet.cz
Dahua
Ing. Antonín HORÁK +420 605 295 751 horak@stasanet.cz
Fotopasti
Martin HÁJEK +420 603 294 595 hajek@stasanet.cz
Docházka

Docházkové a přístupové
systémy

Václav NOVÁK +420 775 020 212 novak@stasanet.cz
 
Videotelefony

Domácí
videotelefony

Commax/Farfisa/Tesla
Břetislav VYTŘÍSAL +420 607 090 200 vytrisal@stasanet.cz
Jan ZLÁMAL +420 733 355 631 zlamal@stasanet.cz
EZS

Elektronické zabezpečovací
systémy

Jablotron
Radomil GRUND +420 731 148 031 grund@stasanet.cz
Paradox
Břetislav VYTŘÍSAL +420 607 090 200 vytrisal@stasanet.cz
Radomil GRUND +420 731 148 031 grund@stasanet.cz
EPS

Ostatní

+420 272 660 193 podpora@stasanet.cz
Novinky e-mailem! ?
Získejte přístup k novinkám z oblasti bezpečnostní techniky:
  
Archiv

 

Odborné články

Doručovací metody:

GLS Os. odběr

Způsoby platby:

Dobírka Převod Hotově PayPal

Visa MC Maestro PayU

Hodnocení obchodu na Zboží.cz

Základy zapojení IP kamer a optiky

Základy zapojení IP kamer a optiky  - | Stasanet.cz    Přečtěte si jak IP kamery pracují, snímají obraz a zapojují se do systému.

V minulém díle tohoto mini-seriálu jste se seznámili s existencí dvou různých technologií bezpečnostních kamer – analogovou a IP. V dnešním díle si popíšeme některé části kamery a blíže se podíváme na snímací část kamer a vysvětlíme si, jak kamera „vidí“. V druhé části se podíváme na zapojení IP kamer do sítě.

Jak kamera vidí?

Při snímání obrazu kamerou vstupují do hry 2 prvky – objektiv kamery a snímací čip. Úkolem objektivu je zachytávat příchozí světelné „paprsky“ (fotony) a vhodně je uspořádat tak, aby správně dopadaly na snímací čip. Jeho úkolem je pak převedení dopadajících fotonů na elektrický signál, který se dále zpracovává a následně přenáší.

Průřez IP kamerou:

Průřez IP kamerou a její hlavní části

Objektiv má několik důležitých parametrů, které naprosto zásadním způsobem ovlivňují výsledný obraz. První takovým parametrem je ohnisková vzdálenost – ta ovlivňuje laicky řečeno to, jak „kamera široce vidí“ – její úhel záběru neboli zorné pole. Naprosto zásadní je informace, že čím více roste ohnisková vzdálenost, tím je pozorovací úhel nižší (užší) a tím více se nám snímaný objekt zdánlivě „přibližuje“ (tzv. zoomování) a vidíme tedy více detailů. Na druhou stranu pak kamera přestává zachycovat objekty mimo její zorné pole a tyto informace jsou pro danou kameru již navždy ztraceny. Změnou ohniskové vzdálenosti tedy dochází k tzv. optickému přibližování (zoomování). Existuje ještě tzv. digitální zoomování, se kterým je spojena jedna z největších mylných představ v oblasti kamerových systémů a kterou za chvíli vyvrátíme.

Příklad 1 – zobrazení kamery při ohniskové vzdálenosti cca 70°(ohnisková vzdálenost 3,6mm):

Ukázka zobrazení pro ohniskovou vzdálenost 3,6mm

Příklad 2 – stejná kamera, šířka záběru cca 27°(ohnisková vzdálenost 10mm)

Ukázka zobrazení pro ohniskovou vzdálenost 10mm

Jaké rozlišení a úhel záběru zvolit?

Jak již bylo napsáno v minulém dílu, vždy je třeba vycházet z účelu pořízení kamerového systému. Je asi jasné, že v kamerovém systému, který má sloužit k identifikaci případného pachatele dle obličeje, je třeba získat dostatečně detailní obraz. Na druhou stranu, je-li primárním účelem kamerového systému zjištění, zda se v hlídaném prostoru někdo nachází (bez možnosti jeho identifikace), potom můžeme zvolit nižší rozlišení/širší záběr. Obecně lze dle „úrovně detailů“ kamerových systémů rozlišit následující úrovně:

  • Monitorování – obraz kamery slouží k detekci skupiny osob bez možnosti rozeznání detailů 1 osoby.
  • Detekce – v obrazu kamery je možno rozlišit 1 osobu, avšak bez možnosti získání bližších detailů (např. rozhodnutí muž/žena).
  • Rozeznání – v obrazu kamery je možno vidět detaily postavy (typ a barva oblečení), je možno určit známého člověka (pokud známe jeho oblečení, styl chůze atp.)
  • Identifikace – kamerový systém umožňuje zpětně jednoznačně identifikovat i neznámého člověka.
  • Silná identifikace – vhodné pro získání detailů tváře člověka.

Pro toto rozčlenění je třeba vypočítat „počet pixelů na metr“ (ve vodorovném směru), tzn. podělit počet pixelů kamery v jedné řádce šířkou záběru v metrech. Uvědomte si prosím, že počet pixelů na metr ovlivňuje jak rozlišení kamery tak i ohnisková vzdálenost (šířka záběru). Pokud tedy nelze zvýšit rozlišení kamery, lze zvýšit počet pixelů na metr zúžením záběru (optickým zoomováním alias zvýšením ohniskové vzdálenosti).

Pro jednotlivé úrovně musíme dosáhnout minimálně následujících hodnot:

Úroveň Pixelů/m Ukázka detailů obrazu
Minitorování
15
Detekce
20
Rozeznání
170
Identifikace
270
Silná identifikace
800

Znázornění v jednom obrázku:

Příklad:
Použijeme kameru s rozlišením 1.3Mpix (1280 x 1024px) s ohniskovou vzdáleností 3.6mm s rozměrem čipu 1/3“. Zajímá nás, jakých hodnot bude kamera dosahovat na vzdálenost 5m.

Šířka záběru při 5m od kamery = 6m (výpočet viz poznámka)
Počet pixelů na metr = 1280/6 = cca 213px/m.

Z toho plyne, že takový záběr z kamery nám umožní identifikovat známou osobu, ale již nemusí dostačovat k identifikaci neznámé osoby.

Poznámka: pro výpočet šířky záběru při známé ohniskové vzdálenosti a rozměrech čipu lze použít on-line kalkulátory nebo specializované programy.

Typy objektivů

Z hlediska možnosti změny ohniskové vzdálenosti existují tři typy objektivů:

  • Objektivy s pevnou ohniskovou vzdáleností - tyto objektivy nemají možnost změny ohniskové vzdálenosti a laicky řečeno „vidí tak široce (úzce), jak vidí a nelze to změnit“. Výhodou těchto objektivů je jejich nízká cena.
  • Objektivy s ručně nastavitelnou ohniskovou vzdáleností (tzv. vari-fokální) – tyto objektivy umožňují změnit ohniskovou vzdálenost dle požadované situace. Avšak tato změna je čistě „ruční“ – někdo se musí dostat k objektivu a pomocí mechanických stavítek ohniskovou vzdálenost změnit. Rozsah změny (tedy to, jak moc lze obraz přiblížit) je omezený – typicky cca 3mm – 10mm (levnější objektivy) nebo v rozsahu 5-50mm (dražší).
  • Objektivy s elektronicky měnitelnou vzdáleností – podobně jako v předchozím případě lze ohniskovou vzdálenost měnit (a opět v omezeném rozsahu), avšak tato změna je možná vzdáleně (příkazem z PC, ovládací klávesnice či záznamového zařízení). Pro tento druh řízení objektivu musí být kamera „takto vyrobena“. V praxi se tento způsob řízení používá u tzv. speed-dome kamer (otočné kamery, uzavřené v půlkulatém krytu, kromě přibližování lze kamerou otáčet) nebo u tzv. zoom kamer (vzdáleně lze měnit pouze zoom, nikoliv však otočení nebo náklon). Tato vlastnost není vázána na použitou technologii – s tímto typem kamer se tak setkáme jak u IP, tak i u analogových kamer.

Při volbě vhodné kamery (resp. jejího objektivu) musíme dále zvážit minimálně dvě další vlastnosti:

  • Jak je ovládaná clona objektivu – clona objektivu řídí množství dopadajícího světla na čip a ovlivňuje výsledný jas scény. Existují objektivy s manuálně řízenou clonou, které nemusí být do venkovního prostředí příliš vhodné, protože zde může docházet ke změně intenzity osvětlení (slunce je překryto mraky atp.). Do venkovního prostředí je tedy vhodnější používat kamery, jejichž objektivy mají elektronicky řízenou clonu (často označováno jako DC drive, DC řízení atp.), které automaticky reagují na změnu intenzity osvětlení.

Možnost používat IR přísvit – IR (infračervený) přísvit se používá pro sledování v nočním režimu. Oproti normálnímu, viditelnému světlu má tu výhodu, že není lidským okem viditelné a narušitel tak neví, kterým oblastem se má vyhýbat, aby nebyl zachycen kamerou.
Aby kamera byla schopna provozu s IR přísvitem, musí splňovat dvě podmínky – musí být vybavena elektronicky odnímatelným IR filtrem (označuje se jako IR cut filter, ICR atp.) a objektiv musí používat tzv. IR korekce, kdy se viditelné i IR záření „lámou stejně“ (mají stejný index lomu). Často se potkáváme s tím, že levnější, neznačkové kamery IR korekce nepoužívají a výsledkem je rozostřený obraz v nočním režimu.

Digitální zoomování

Kromě optického zoomování, kdy se mění ohnisková vzdálenost objektivu, existuje i tzv. digitální zoomování, což je ovšem proces naprosto odlišný od optického zoomování. Jeho podstatou je, že si vybereme část obrazu a tu zvětšíme na celou pozorovací plochu. Při tomto procesu se pochopitelně snižuje rozlišení (dle násobku zvětšení), což se prakticky projevuje „rozkostičkovámím“ (pixelizací) obrazu

Oblast obrazu 2x digitálně zvětšená

Oblast obrazu 4x digitálně zvětšená

A zde je třeba vyvrátit mylné představy laické veřejnosti. Ta, pod vlivem filmů či seriálů (CSI Miami nebo Las Vegas) „trpí“ představou, že několika stisky tlačítek na klávesnici je možné z obrazu o určitém rozlišení získat mnohonásobně zvětšený obraz v původní kvalitě. Jediným místem na světě, kde tato technika „funguje“ je ovšem pouze Hollywood, v praxi nelze zvětšit obraz beze ztráty kvality a to z jednoduchého důvodu – pokud určitá informace v obraze není obsažena, nelze ji „vyčarovat“ ve zvětšeném obraze. Pravdou není ani to, že taková technologie existuje, avšak je příliš drahá a mohou si ji „dovolit pouze státní orgány“ – pokud by takový postup zvětšení reálně fungoval, už by jej dávno používali softwarový giganti typu Adobe ve svých grafických programech.

Snímací čip

Jak již bylo řečeno, úkolem čipu je převádět „optická“ data na elektrický signál. I tato součást kamery je velmi důležitá a nekvalitní čip dokáže pokazit obraz i z jinak dobré kamery. Aniž bychom chtěli zacházet do přílišných detailů a popisovat zde, jak přesně snímací čipy pracují, zaměříme se pouze na skutečně zásadní věci, které s čipem souvisí.

Dvě technologie čipů

Jak již bylo řečeno v úvodním článku této mini-série, existují 2 technologie čipů - CCD čipy (převážně v analogové technice) a CMOS čipy (zejména v IP kamerách). Kamery s CMOS čipy dosahují snáze vyššího rozlišení, jsou levnější a lépe se do kamer osazují. Na druhou stranu jsou méně citlivé a mají nižší dynamický rozsah barev. Používáte-li kameru s CMOS čipem, buďte tedy připraveni na to, že snímaná scéna bude muset být lépe osvětlena než u kamer s CCD čipy!

Ti z Vás, jejichž koníčkem je fotografování ví, že kvalitní fotoaparáty s vysokým rozlišením (v řádu jednotek MPix) jsou vybaveny CCD čipy. Proč to tedy nejde i u bezpečnostních kamer? Odpověď je poměrně jednoduchá – CCD čipy ve srovnání s CMOS čipy potřebují mnohem více času, než „přečtou“ jeden snímek. Zatímco u fotoaparátu, jehož primárním posláním je vytvořit 1 snímek toto příliš nevadí, u kamery s primárním ´čelem poskytovat co možná nejplynulejší video by toto vedlo k velmi nízké snímkové frekvenci a výsledný obraz by byl značně trhaný.

Prokládané vs. progresivní snímání

Starší či levnější IP kamery (a kamery analogové) jsou vybaveny čipy s tzv. prokládaným snímáním. Při tomto typu snímání se čte vždy jen „polovina snímku“ (pouze liché řádky) a pro následující snímek se čtou jen sudé řádky. Jelikož se snímky rychle střídají, není efekt řádkování viditelný. Kde se toto ovšem negativně projeví je snímání rychlého pohybu (např. jedoucí auto). Mezi jednotlivými půsnímky se totiž snímaný objekt posune a obraz je „rozmazaný a zubatý“.

Kvalitní IP kamery používají tzv. progresivní snímání (progressive scanning, progressive scan chip), kdy se snímá celý snímek najednou a k tomuto nežádoucímu efektu tedy nedochází.

Rozdíl mezi prokládaným a progresivním snímáním
Rozdíl mezi prokládaným a progresivním snímáním

Čím více megapixelů, tím lépe?

V prvním díle tohoto mini-seriálu jsme psali, že čím je vyšší rozlišení, tím zachytí kamera více detailů a obraz bude kvalitnější. Toto vyjádření obecně platí, ale je vždy třeba vzít v úvahu i další okolnosti.
K čemu Vám bude např. obraz ve vysokém rozlišení, když vznikl za horších světelných podmínek a vlivem dlouhé doby expozice jsou pohybující se objekty rozmazané? Nebo bude obraz ve vysokém rozlišení, ale tak „plný šumu“, že v něm nejste schopni nic rozeznat? Při výběru vhodných kamer je tedy nutné vzít v úvahu i předpokládanou intenzitu osvětlení a někdy je lepší zvolit kameru s nižším rozlišením, ale s větší citlivostí.

Já mám kameru se Sony čipem

Tímto poněkud zvláštním nadpisem krátce otevřeme téma, které úzce souvisí s výsledným obrazem z kamery, tímto tématem jsou korekce obrazu.
Často se setkáváme se situací, kdy mnozí majitelé neznačkových, velmi levných kamer argumentují tím, že jejich kamera používá snímací čip od společnosti Sony a očekávají, že kamera tedy bude poskytovat velmi pěkný obraz. Po zapojení kamery jsou pak z výsledného obrazu poněkud zklamáni.

Společnost Sony je opravdu producentem mj. kvalitních snímacích čipů pro kamery a zejména v oblasti CCD čipů pro analogové kamery se jedná o technologickou špičku, proto jsou její produkty tak často používány. Ovšem kameru netvoří pouze objektiv a snímací čip, ale také „korekční část“, realizovaná nejčastěji tzv. DSP čipem. Úkolem této části kamery je pozměnit data ze snímacího čipu tak, aby byl vzniklý obraz co „nejvěrnější“ či „nejlépe použitelný“. A zde je právě kámen úrazu – někteří výrobci bez dlouholetých zkušeností tuto část nemají tak dobře propracovánu (alternativně, důvodem není nezkušenost, ale snaha ušetřit). Výsledkem je pak to, že i když kamera používá kvalitní čip (např. zmiňované značky Sony), tak výsledný obraz má určité vady (např. nesprávné barvy).

Co tedy DSP v kameře ovlivňuje? Jsou to mj. tyto funkce:

  • Korekce protisvětla
  • Vyvážení barev
  • Redukce šumu
  • Integrace snímků (alias digitální pomalá závěrka, foto-násobič aj.)

Zapojení IP kamer do sítě

Nejprve důležité upozornění – tato část se zabývá pouze fyzickým propojením IP kamerového systému (a to v té nejjednodušší formě), nezabývá se však jeho konfigurací, která je nezbytnou podmínkou správného fungování IP kamerového systému. Nestačí tedy kamery pouze správně propojit, je třeba je též správně zkonfigurovat; jedná se o natolik obsáhlé a odborné téma, že jde mimo rámec tohoto mini-seriálu. Nejste-li tedy v této oblasti odborníky, svěřte tuto část IP specialistovi nebo si pořiďte kamerový systém AVTECH, který konfiguraci redukuje na nezbytné minimum a obvykle jej zvládne zprovoznit i laik.

Než se pustíme do vlastního zapojování, stručně si popíšeme propojovací kabely. Pro propojení kamer se používá tzv. patch kabelů, nejčastěji nám bude postačovat jejich kategorie CAT 5E. Tyto kabely lze zakoupit u většiny prodejců výpočetní technik, obvykle se vyrábí se v délkách od 0.5m do 10m, někteří prodejci nabízí i delší patch kabely (15,20,30m).

Nejjednodušším případem zapojení je, když chceme zapojit 1 kameru do počítače. Lze to udělat dvěma způsoby – buď propojíme kameru přímo s počítačem pomocí křížené (cross) varianty patch kabelu nebo nepřímo přes tzv. síťový přepínač alias switch (vysvětlení jeho funkce viz dále). První řešení má tu výhodu, že nebudeme potřebovat právě onen síťový přepínač, avšak kameru musíme napájet pomocí externího zdroje a za druhé v počítači zabereme jedno síťové rozhraní jen pro komunikaci s jednou kamerou (nelze jich tedy připojit více). Pokud máme v PC pouze jediné síťové rozhraní, potom nemáme šanci připojit PC k počítačové síti a potažmo k Internetu. Proto si popíšeme jen druhé uvedené řešení, které těmito problémy netrpí.

Vlastní propojení je velmi jednoduché – 1 kabel zapojíte mezi IP kameru a přepínač, druhý kabel připojíte mezi přepínačem a počítačem.

Schéma zapojení IP kamer

Funkce síťového přepínače

Jak již jeho název naznačuje, toto zařízení slouží k přepínání síťového provozu – zjednodušeně řečeno, propojuje dvě z připojených zařízení tak, aby spolu mohla přímo komunikovat. Plní tedy obdobnou funkci jako např. telefonní ústředna. Vysvětlení, jak přesně switch funguje a jak ví, které dvě zařízení spolu mají komunikovat (a které dva porty tedy spojit) jdou nad rámec tohoto článku.
Při výběru vhodného switch je třeba vzít v úvahu počet jeho komunikačních portů (zásuvek pro patch kabely). Je asi zbytečné pořizovat si např. 24 portový switch, pokud chceme propojit jen dvě zařízení. Přepínače se obvykle vyrábějí s 6-ti, 8-mi, 16-ti, 24-mi a 48-mi zásuvkami. Chceme-li např. připojit 3 kamery, budeme potřebovat minimálně 4 portový switch (3 porty pro kamery a 1 port pro PC). Jak bude uvedeno dále, velmi často budeme potřebovat využít ještě další port pro připojení Internetu.
Dalším významným parametrem je rychlost jednotlivých portů – pro malé domácí systémy do 8mi kamer nám většinou postačí switch s rychlostí 100Mbit/s, při větším rozsahu kamer je vhodnější zakoupit switch, kde alespoň 1 jeho rozhraní komunikuj rychlostí 1Gbit/s (1000Mbit/s). Posledním parametrem switch je jeho schopnost napájet kamery – ta se označuje zkratkou PoE (Power over Ethernet). Nemá-li přepínač schopnost napájet kamery, musíme je napájet z externího zdroje (někteří výrobci jej přibalují ke kameře) nebo použít tzv. PoE injektor – zařízení, které do kabelu „vstřikuje“ potřebné napájení.

Připojení k internetu

Funkcí switch ovšem není zprostředkovávat spojení s jinými sítěmi, jinak řečeno, switch neumí propojit náš kamerový systém s Internetem. K tomu je potřeba další zařízení, tzv. směrovač neboli router. Jeho funkcí je právě směrování určitých dat do/z „vnější“ sítě (Internetu). Má dva druhy síťových zásuvek – jeden typ (tzv. WAN, obvykle jen 1 port) slouží k připojení do Internetu, druhý typ (tzv. LAN, obvykle 1-4 porty) slouží k připojení místních zařízení (tedy PC, IP kamery, „podřízený“ switch, …). Další častou variantou je kombinace routeru a „převodníku rozhraní“ v případech, kdy WAN část routeru používá jiný typ komunikace (např. ADSL/VDSL, koaxiální kabel rozvodu kabelové televize aj.). V tomto případě se pak hovoří o modemu, např. ADSL modemu. Správně bychom měli používat označení ADSL modem s funkcí routeru; prostý modem totiž neobsahuje onu směrovací (routovací) část, ovšem většina dnes nabízených zařízení router již „v základu“ obsahuje.

Závěr

Nyní již tedy víme, jakým způsobem kamera „vidí“ a jak ji připojit k síti. V příštím díle se budeme blíže věnovat problematice přenosu IP kamer – probereme si používané komprimační formáty a přenos po internetu s ohledem na reálné přenosové rychlosti.