СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

1 Основные элементы в устройстве камер 5

1.1 Общие положения 5

1.2 ИК–фильтр 6

1.3 Матрица 7

1.4 Процессор обработки видеосигнала 11

1.5 Процессор, осуществляющий компрессию 12

1.6 Центральный процессор камеры 13

2 Техническое задание на проектирование системы видеонаблюдения 14

3 Технический проект системы видеонаблюдения 25

3.1 Подбор камер, оптимизация размещения и расчет разрешающей

способности видеокамер 25

3.2 Расчет объема видеоархива системы видеонаблюдения 32

3.3 Проектирование СКС 34

3.3.1 Оценка пропускной способности 35

3.3.2 Телекоммуникационная фаза проектирования 36

3.3.3 Расчёт питания по POE и подбор активного оборудования 38

3.4 Анализ и выбор программного обеспечения управления системой 41

3.4.1 Обоснование выбора и подбор сервера СВ 41

3.4.2 Настройка программного обеспечения Trassir 43

4 Автоматизация с помощью встроенного модуля Trassir 47

5 Технико-экономическое обоснование 50

Заключение 53

Список использованных источников 54

Приложение А. План помещения 57

Приложение Б. Характеристики камер видеонаблюдения 58

Приложение В. Схема СКС для видеонаблюдения 60

Приложение Г. Результаты электротехнических расчётов 61

Приложение Д. Сценарий для отработки сообщения – «тревога» 63

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

IP66 – степеней защиты оболочки электрооборудования от проникновения твёрдых предметов и воды [4]

H.264 – лицензируемый стандарт сжатия видео

СВ – система видеонаблюдения

Bullet – вытянутый корпус со встроенным объективом и кронштейном

UTP

ПО – программное обеспечение

ТЗ – техническое задание

ISO – значение светочуствительности

САПР – системы автоматизированного проектирования

СКС – структурированные кабельные сети

LAN – локальная вычислительная сеть

WAN – глобальная компьютерная сеть

WDR – расширенный динамический диапазон

DNR – цифровой алгоритм подавления шумов

ВВЕДЕНИЕ

Современные технологии СВ входят в структуру комплексной системы безопасности предприятия. СВ являются как инструментом обеспечения безопасности так и средством оптимизации бизнес процессов. Технически выверенная СВ на территории предприятия помогает решить следующие задачи:

– получение информации для оптимизации бизнес процессов;

– повышение дисциплины и работоспособности сотрудников;

– защита материальных ценностей;

– дистанционное управление.

Целью выпускной квалификационной работы является составление технической документации для внедрения СВ на территории торгового предприятия, спроектированная на сетевых видеокамерах . Для достижения данной цели сформулированы следующие задачи:

– представление теоретического материала по цифровым камерам;

– составление ТЗ на проектирование;

– разработка схем и чертежей ситуационного расположения камер видеонаблюдения с помощью САПР;

– разработка чертежей СКС для СВ в САПР;

– подбор оборудования согласно техническому проекту;

– автоматизация работы СВ;

– технико-экономическое обоснование разработанных решений.

Выпускная квалификационная работа состоит из введения, четырёх разделов, заключения и приложения. В первом разделе изложен теоретический материал по конструкционным особенностям цифровых камер видеонаблюдения. Во втором разделе разработка ТЗ согласно ГОСТ. В третьем разделе представлен технический проект СВ предприятия. В четвертом разделе приведено технико-экономическое обоснование представленных решений.

1 УСТРОЙСТВО IP – КАМЕРЫ

1.1 Основные элементы в устройстве камер

IP-камера - это стационарно установленная камера, имеющая встроенный IP-сервер, сетевой интерфейс и подключающаяся непосредственно к LAN/ WAN/ Internet. Многие сетевые камеры имеют такие дополнительные средства как: детекторы движения, отправка сообщений по e-mail, работа с модемом, подключение внешних датчиков и пр. Пользователи могут обращаться к камере посредством стандартного IP браузера. В зависимости от настроек, доступ к видеоизображению, полученному IP-камерой, может быть открыт всем пользователям сети или только авторизованным пользователям.

Рисунок 1 – Основные узлы камеры

IP-камера является результатом объединения в одном корпусе камеры и небольшого компьютера (Рисунок 1). Принцип работы IP-камеры схематично выглядит так: объектив фокусирует изображение на светочувствительной матрице, которая преобразует оптическое изображение в электрический сигнал. После усиления сигнал передается процессору обработки для выравнивания яркости, цветности и других параметров. Далее видеопоток сжимается компрессором, после чего он готов к передаче во внешнюю сеть через Ethernet-контроллер. Всеми задачами управляет центральный процессор камеры, который помимо прочего осуществляет функции детекции движения, веб-сервера и многие другие.

1.2 ИК–фильтр

ИК-фильтр представляет собой устройство находящееся между матрицей и объективом камеры. Это оптический фильтр, или ИК-фильтр. Как правило, это небольшая стеклянная пластина, которая не пропускает инфракрасный (ИК) свет на матрицу. Матрицы чувствительны не только к видимому свету, но и к довольно большой части инфракрасного спектра.

Механический ИК-фильтр в камерах видеонаблюдения представляет собой специальный сдвигаемый механическим путем инфракрасный фильтр, который непосредственно расположен перед матрицей камеры наблюдения.

Инфракрасный спектр светового излучения является невидимым для глаза человека, однако видеокамера наблюдения способна воспринимать как видимый диапазон спектра светового излучения, так и самый ближний инфракрасный диапазон с линией спектра равной от 700 нм до 1000 нм. При этом та часть света, которая хорошо видима людским глазом, находится в диапазоне волн длинной в пределах от 380 нанометров до 780 нм, при этом инфракрасное (ИК) излучение находится в спектре от верхней максимальной границы света, который видим глазом человека и составляет, как было указано ранее, 780 нм и до предела 2000 мкм.

Применительно к видеокамерам наблюдения в дневное время суток ИК излучение оказывает существенное влияние на получение качества видео изображения, что влечет значительное искажение цветовой передачи и уровня контраста, а также приводит к размытию получаемой картинки ввиду того, что в широком диапазоне длин волн происходит неоднородное преломление излучения объективом камеры видеонаблюдения.

Инфракрасное излучение регистрируемое видеокамерой используется для достижения наиболее детального изображения в условиях с очень низкой освещенностью.

При нормальном дневном освещении инфракрасный фильтр камеры видеонаблюдения отсекает ту часть излучения света, которая препятствует получению нормального изображения, максимально корректируя при этом цветопередачу. Таким образом, благодаря слаженной совместной работе вышеуказанного специального механического ИК-фильтр совместно с применением режима день/ночь, камера наблюдения обеспечивает максимально четкое и доступное изображение, как в дневное время суток, так и в ночное. Данный фильтр является на сегодняшний день самым оптимальным и рациональным решением для применения в системе видеонаблюдения при осуществлении надзора круглосуточно.

Есть четыре способа реализации день/ночь в видеокамерах:

– две матрицы и два объектива – цветная и монохромная матрицы;

– одна матрица и механический ИК–фильтр, при достаточной освещённости цветной режим нечувствительный к ИК, ночью монохромный и чувствительный к ИК;

– цветная матрица с постоянным ИК–фильтром;

– цветная матрица без ИК–фильтра.

Аббревиатура ICR (Infrared Cut Filter Removable) используется в спецификациях оборудования для указания наличия ИК–фильтра.

1.3 Матрица

В цифровых видеокамерах для преобразования свет–сигнал используются полупроводниковые датчики. В настоящее время распространены два типа датчиков: ПЗС (прибор с зарядовой связью, англ. Charge Coupled Device, CCD) и КМОП (комплементарный металл оксидный полупроводник, англ. Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS). В ПЗС- и КМОП-матрицах для преобразования света в электрический сигнал изображения используются фотодиоды [16].

Прибор с зарядовой связью назван так из-за способа передачи заряда между светочувствительными элементами - от пикселя к пикселю и, в конечном итоге, выводе заряда из сенсора. В приборах с зарядовой связью падающий свет, регистрируемый фотодиодом каждого пикселя, преобразуется в электрический заряд. Заряд пикселя перемещается в вертикальную «транспортную шину», расположенную сбоку от пикселя. Прилагаемое напряжение затем перемещает заряды по вертикальным и горизонтальным транспортным шинам, пока они не достигнут усилителя. На выходе получается аналоговый сигнал с различным напряжением (в зависимости от количества света, попавшего на пиксель). Перед обработкой этот сигнал передается на отдельный аналого-цифровой преобразователь, и получившиеся цифровые данные преобразуются в байты, представляющие строчку изображения, полученного сенсором (рисунок 2) [25]:

Рисунок 2 – Структура CCD–матрицы

Информация с каждой чувствительной ячейки считывается последовательно, что не позволяет сделать следующий кадр до того, как считаются все биты кадра (в данный момент, от этой проблемы частично избавились, увеличив буфер памяти).

В конструкции ПЗС-матриц существует проблема, называемая «тянущиеся продолжения». Они возникают, когда очень яркий падающий свет за счет утечки попадает на вертикальную транспортную шину и создает избыточный заряд, который проявляется на изображении как яркая вертикальная полоса.

Подобная структура также требует высоких напряжений для попеременного открывания и закрывания затворов, которые должны иметься в составе всех пикселей для управления временной последовательностью потока зарядов. Мощность, потребляемая ПЗС-матрицами, особенно велика для формата высокой четкости (например, 1080р), когда требуется быстрое считывание большого числа пикселей. ПЗС дают наилучшее качество изображения (по квантовой эффективности и шумам) и обеспечивают гибкость с точки зрения затрат при разработке системы.

В КМОП-матрице (КМОП – комплементарный металл – оксидный полупроводник, по англ. - CMOS), обрабатывающее устройство находится рядом с каждым пикселем (порой монтируется на саму матрицу), благодаря чему увеличивается быстродействие системы. Также, в связи с отсутствием дополнительных устройств обработки, отметим низкий уровень энергопотребления КМОП-матриц. В КМОП датчиках каждый пиксель имеет свой преобразователь заряда в напряжение (рисунок 3), и датчик часто содержит схемы для оцифровки, благодаря чему на выход микросхемы поступает цифровой сигнал. Эти дополнительные функциональные узлы отнимают площадь кристалла, доступную для сбора падающего света. Кроме того, однородность выходов (output’s uniformity, ключевой фактор качества изображения) у этих датчиков хуже, так как каждый пиксель имеет свой преобразователь. Но, с другой стороны, КМОП датчик требует меньше внешних схем для выполнения основных операций.

Рисунок 3 – Структура CMOS–матрицы

Вместо затворов в КМОП-матрице используются переключатели и внутренние цепи, управляющие последовательностью выходных сигналов. Использование внутренних переключателей позволяет существенно снизить потребляемую мощность при ускорении процесса одновременного считывания большого числа пикселей. Эффективность считывания оказывается вполне достаточной для поддержки прогрессивного разложения HD изображений. В одночиповых КМОП-датчиках становится принципиально возможным одновременное считывание сигналов R, G и В.

КМОП датчики обеспечивают большую интеграцию (больше функций на кристалле), меньшую рассеиваемую мощность (на уровне кристалла) и меньший размер системы за счёт качества изображения и гибкости.

Преимущества ПЗС-матриц:

– к конструкция матрицы обеспечивает высокую плотность размещения фотоэлементов (пикселей) на подложке;

– высокая эффективность (отношение зарегистрированных фотонов к их общему числу, составляет около 95%);

– высокая чувствительность;