Панорамні камери для відеоспостереження

1. КАМЕРИ З «риб'ячим ОКОМ»
2. КОМПЕНСАЦІЯ СПОТВОРЕНЬ
3. КАМЕРИ З декілька сенсорів
4. ДЕ ВСТАНОВИТИ КАМЕРУ
5. ОБЛАСТІ ЗАСТОСУВАННЯ
6. «РИБ'ЯЧИЙ ОКО» СТАНЕ Орлине?

Панорамні камери з полем зору 180 і 360 ° користуються все більшим попитом. Одна така камера здатна замінити кілька фіксованих. При установці в стратегічних вузлах вони дозволяють бачити всю картину цілком при мінімумі сліпих зон. Поступово ці пристрої починають витісняти поворотні PTZ-камери, які найчастіше використовувалися раніше для кругового огляду.

Традиційним рішенням для кругового контролю є поворотні камери зі збільшувальним об'єктивом (Pan, Tilt, Zoom, PTZ). На ринку представлені PTZ-камери всіх форм і розмірів, проте найбільш поширеним є купольний конструктив. Оснащені моторизованим механізмом, такі пристрої здатні контролювати об'єкти в 180 і 360-градусному секторах огляду, а завдяки високій роздільній здатності і потужному зуму дозволяють розгледіти всі деталі, в тому числі на великій відстані. Камера може бути налаштована на автоматичне переміщення між заданими положеннями в зумовленої послідовності. На жаль, очей на потилиці немає і у них, тому при виникненні інциденту камера нерідко виявляється спрямована в інший бік.

Це викликає інтерес до альтернативних підходів, які дозволили б охопити всю територію одним поглядом. Цікаве рішення запропонувала компанія HGH Infrared Systems. Її обертається система Spynel-S Panoramic Detection System забезпечує круговий огляд, здійснюючи один оборот в секунду. Вона дозволяє отримати панорамне зображення з роздільною здатністю 30 Мпікс і виявити людину на відстані до 6 км. Однак це не камера відеоспостереження в звичному сенсі, оскільки в ній використовується тільки інфрачервоний сенсор (Mid-Wave InfraRed, MWIR), та й призначена вона винятково для охорони периметра і детектування несанкціонованого проникнення на великі території, наприклад в зону порту.

Тим часом все більшого поширення набувають панорамні камери. Одна така камера здатна замінити кілька фіксованих і ефективніше поворотною, оскільки забезпечує одночасний огляд всієї території при меншій кількості сліпих зон.

КАМЕРИ З «риб'ячим ОКОМ»

Об'єктиви «риб'яче око» застосовуються у фотографії близько 100 років, проте в камерах відеоспостереження вони стали встановлюватися відносно недавно - після появи мегапіксельних сенсорів. Оуществлять круговий огляд на базі традиційних аналогових пристроїв не мало сенсу, оскільки на отриманому зображенні неможливо було розібрати деталі, для відновлення яких до сучасних цифрових зображень застосовуються спеціальні алгоритми компенсації (див. Докладніше наступний розділ).

Камера являє собою купольний конструктив. Для отримання панорамного зображення зазвичай використовуються один об'єктив і один сенсор. Завдяки цьому коштує вона в два, а то і в три рази дешевше, ніж многосенсорние панорамні пристрої, про які йтиметься нижче. Однак камери «риб'яче око» дозволяють отримати чітке зображення на меншому видаленні, ніж поворотні камери з аналогічним сенсором, тому підходять для спостереження за невеликими територіями, перш за все за приміщеннями.

Така «короткозорість» викликана особливостями отримання зображення: в камерах «риб'яче око» застосовуються ті ж прямокутні (або квадратні) сенсори, що і в звичайних камерах відеоспостереження. Тим часом лінзи створюють кругову проекцію, так що для формування зображення задіюється тільки частина пікселів сенсора. Наприклад, в разі 360-градусного кругового зображення і сенсора 4: 3 «в тіні» виявляється близько 40% пікселів. Інакше кажучи, при наявності сенсора 5 Мпікс реальний дозвіл складає 3 Мпікс. (В 180-градусної камері круговий зображення підганяється по ширині сенсора, тобто фактично верх і низ кругової проекції не потрапляють на сенсор, так що співвідношення між номінальним і реальним дозволом виявляється краще.)

КОМПЕНСАЦІЯ СПОТВОРЕНЬ

Для отримання неспотвореного зображення при використанні панорамних камер з об'єктивами «риб'яче око» застосовуються спеціальні алгоритми компенсації (dewarping). Ймовірно, коректніше було б говорити про приведення до звичного «прямолінійним» виду, оскільки будь-яка проекція тривимірних об'єктів на площину призводить до спотворень. Як би там не було, без компенсації отримане зображення виглядає викривленим, особливо на його периферії, де важко розгледіти деталі. Початковий варіант може бути трансформований в панораму, подвійну панораму, різні види (див. Рис. 1).

Спотворення можуть бути усунені безпосередньо на камері або пізніше на сервері (хоча правильніше говорити - на клієнті). У першому випадку картинка, передана з камери для запису і архівування, попередньо обробляється за допомогою алгоритмів компенсації і перетворюється в одне або кілька зображень. Завдяки попередній обробці, що знижує навантаження на програмне забезпечення для управління відео і його відображення, користувачі можуть використовувати менш потужний серверне обладнання, але при цьому збільшується обсяг переданих по мережі даних та обмежуються можливості подальшої обробки відео (в порівнянні з вихідним зображенням). Як правило, для компенсації використовуються спеціальні VSDK, що ускладнює інтеграцію з VMS. Остання повинна підтримувати конкретний VSDK, що, в свою чергу, може ускладнити інтеграцію зі стороннім програмним забезпеченням. Як наслідок, це може стати стримуючим фактором для застосування панорамних камер.

Компенсація спотворень на сервері може застосовуватися як до зображення, що транслюється в реальному часі, так і до запису, що зберігається в архіві. Камера знімає і передає повне панорамне відео, яке можна піддавати необхідній (в залежності від поставленого завдання) обробці або відразу ж, або пізніше. Наприклад, програма перегляду виконує наближення і поворот зображення для відстеження об'єкта при його пересуванні по приміщенню. Розвинені алгоритми компенсації пропонують ті ж функції, що і поворотні камери, але на додаток дозволяють отримати детальні зображення декількох об'єктів в один момент часу. Правда, необхідно пам'ятати, що панорамні камери з «риб'ячим оком» мають більш скромними можливостями щодо оптичного збільшення, ніж поворотні, так що чітко розрізнити об'єкт можна буде на меншому видаленні.

Поки ж в різних камерах використовуються різні комунікаційні протоколи, через що програмне і апаратне забезпечення, придбане у кількох виробників, може бути несумісним.

Нова панорамний відеокамера Axis P3707-PE оснащена чотирма Варіфокальний відеоголовками і забезпечує дозвіл 8 Мпікс. Вона може застосовуватися для кругового огляду на 360 ° або для оглядового відеоспостереження в поєднанні зі збільшенням в чотирьох різних напрямках.

AXIS P3707-PE містить чотири об'єктива, які можна переміщати по круговій траєкторії для вибору оптимального напрямку. Кожен об'єктив можна нахиляти і регулювати, змінюючи кут огляду по горизонталі в межах від 108 до 54 ° для ширококутного або телескопічного огляду. Об'єктиви можна повертати, отримуючи зображення в форматі Axis Corridor Format, що дозволяє ефективно контролювати зони спостереження з вертикальною орієнтацією.

Спеціально розроблена прозора кришка забезпечує відсутність спотворень зображення у всіх напрямках. Камера підтримує відеопотоки, що конфігуруються індивідуально для кожного об'єктива, а також відеопотік в режимі квадратора, що дозволяє отримувати відео з роздільною здатністю 1080p при частоті 12,5 / 15 кадрів в секунду і з роздільною здатністю 720p при повній частоті кадрів.

Для доступу до камери надається лише одна IP-адреса. Таким чином, у багатьох системах для управління відео (VMS) для однієї камери буде достатньо однієї ліцензії на програмне забезпечення. Підтримуються технології Power over Ethernet і Axis Zipstream - завдяки останній знижується навантаження на мережу і зменшується потреба в придбанні пристроїв зберігання даних.

Серія панорамних многосенсорних камер компанії Pelco з роздільною здатністю 12 Мпікс (4 сенсора × 3 Мпікс) представлена ​​моделями з кутом огляду 180, 270 і 360 °. Моделі для «кутовий» установки (270 °) - досить рідкісне пропозицію на ринку відеоспостереження.

Камери формують «безшовне» панорамне зображення з високою деталізацією і частотою кадрів. Для отримання високоякісного зображення в різних умовах освітленості застосовується технологія SureVision 2.0. Крім відеоданих, камери можуть здійснювати двосторонню передачу звуку.

Щоб забезпечити підвищення ефективності роботи системи телевізійного спостереження і знизити навантаження на оператора системи відеоспостереження, камери даної серії оснащуються пакетом відео-

аналітики Pelco. Камери Optera IMM підтримуються системами мережного відеоспостереження Pelco і великим числом систем мережевого відеоспостереження стороннього виробництва.

Серія Optera IMM представлена ​​великим числом моделей з різними варіантами виконання корпусу (виразний, накладної, підвісний монтаж) і різними класами захисту від зовнішніх впливів (для приміщення і вуличної установки). Незалежно від виконання все камери мають антивандальний захист і можуть розміщуватися в потенційно небезпечних місцях.

Панорамні камери 7000 MP сімейства Flexidome IP компанії Bosch, оснащені об'єктивами «риб'яче око», призначені для установки усередині приміщень і забезпечують огляд 180 або 360 ° при вирішенні 12 Мпікс і частоті 30 кадрів в секунду.

Вбудована технологія розумного динамічного шумозаглушення (Intelligent Dynamic Noise Reduction) дозволяє знизити бітрейт до 50% без погіршення якості відео. Завдяки цьому істотно скорочуються витрати по зберіганню даних і навантаження на мережу. А потенційні спотворення через мінливого фронтального або контрового освітлення усуваються за допомогою технології розумної автоекспозиції (Intelligent Auto Exposure).

Забезпечуючи повний огляд, камери 7000 MP дозволяють збільшувати зображення і вибирати кілька видимих ​​областей. Великі плани передаються окремим потоком даних, так що і повне зображення, і окремі деталі можна переглядати одночасно і у високому дозволі, що істотно спрощує роботу з відео без втрати загальної картини. Спотворення, що вносяться до кадр по краях об'єктивом "риб'яче око", усуваються за допомогою клієнтської і вбудованою компенсації оптичних спотворень.

Камери 7000 MP оснащені функціями розумною відеоаналітики (Intelligent Video Analysis, IVA), генеруючими оповіщення при настанні зумовлених подій і дозволяють за кілька секунд знаходити важливі події в багатогодинних відеозаписах.

КАМЕРИ З декілька сенсорів

Крім камер з одним сенсором і об'єктивом "риб'яче око", для отримання панорамного зображення застосовуються пристрої з декількома сенсорами і звичайними об'єктивами. Природно, вони помітно дорожче, але дозволяють контролювати більшу територію. Отримане зображення не містить спотворень, його не треба «випрямляти», правда, доводиться «зшивати» для отримання панорами. Камери з декількома сенсорами діляться на власне многосенсорние і у багатьох напрямах. Останні відрізняються тим, що положення їх сенсорів можна регулювати, - фактично це кілька камер в одному корпусі.

У многосенсорних камерах встановлюються зазвичай два або чотири сенсора. У разі 360-градусних камер кожен сенсор контролює сектор в 900. Для передачі зображення з усіх чотирьох сенсорів досить одного мережевого кабелю - так само, як і для енергоживлення. Для роботи із зображеннями з чотирьох сенсорів при використанні програмного забезпечення VMS потрібна часто всього одна ліцензія. Оскільки необхідність у компенсації спотворень відсутня, вимоги до обчислювальних ресурсів знижуються.

У порівнянні з односенсорнимі, такі камери дозволяють охопити більшу територію. Однак чим ширше сцена, тим вище ймовірність того, що вона буде містити як добре, так і погано освітлені ділянки. Оскільки панорамне зображення формується на основі даних декількох сенсорів, для отримання погодженого зображення такі параметри, як яскравість, контрастність, баланс білого, повинні налаштовуватися окремо для кожного сенсора. Через те що конструкція камери фіксована, її слід встановлювати в такому місці, звідки проглядається вся контрольована територія.

У багатьох напрямах камери з'явилися відносно недавно. Гніздо кожного сенсора регулюється окремо, так що його можна позиціонувати для зйомки потрібного сектора і, відповідно, більш гнучко налаштувати камеру для зйомки під будь-яким кутом. Разом з дистанційним зумом це дозволяє домогтися «PTZ-подібних» характеристик при збереженні повного огляду і контролю за ситуацією. Через наявність висувних частин такі камери значно більше за розмірами, ніж звичайні многосенсорние, і найдорожчі серед всіх рішень для панорамної зйомки. Однак вони дають найбільш повний огляд, забезпечуючи відсутність мертвих зон, і деталізацію зображення.

Многосенсорний підхід знайшов застосування і в «звичайних» камерах - для контролю за великими територіями. Так, Panomera S8 Topline компанії Dallmeyer оснащується вісьмома сенсорами і забезпечує ефективне вирішення до 178 Мпікс. Завдяки багатофокусній сенсорної системі (Multifocal Sensor, MFS) все зони контрольованої області відображаються одночасно з максимальною деталізацією. Для кожного сенсора використовуються об'єктиви зі своїм фокусною відстанню. Сцена «нарізається» таким чином, щоб будь-яка з зон мала оптимальне фокусна відстань (див. Рис. 2). Тим самим гарантується однакове дозвіл для ближніх і дальніх областей спостереження. Як і панорамні, ця камера здатна замінити кілька пристроїв, коли потрібно контроль протяжної території.

ДЕ ВСТАНОВИТИ КАМЕРУ

Панорамні камери з оглядом 1800 зазвичай монтуються на стіні, а з круговим оглядом - на стелі (рідше - на столі або навіть на підлозі) (див. Рис. 3). Поки що рідко зустрічаються камери з оглядом 2700 призначені для установки в кутку приміщення. Монтаж панорамних камер настільки ж простий, як і стандартних купольних. При установці на підвісній кронштейні забезпечується більш деталізоване спостереження, ніж при монтажі безпосередньо на стелі. Завдяки відсутності рухомих частин камера працює безшумно і менше потребує обслуговування після інсталяції (це, природно, не відноситься до багатьох напрямах камерам). Проте необхідно дотримуватися певних, досить очевидні правила і заходи.

При установці на стелі камеру бажано розташовувати в центрі приміщення (або посередині стіни), в іншому випадку зображення, яке для цілей моніторингу розкладається зазвичай на 2-4 плоских екрану, виявиться зрушено. Однак на цьому місці вже можуть знаходитися люстра або інше світлове обладнання, а розташування камери поруч з джерелом світла, очевидно, небажано: хоча сучасні камери підтримують широкий динамічний діапазон (Wide Dynamic Range, WDR) і компенсацію контрового освітлення (Backlight Compensation, BLC), зниження яскравості на краях зображення виявляється помітніше, ніж при відсутності сильного джерела світла.

Камера не повинна перебувати поблизу від кондиціонера - це може привести до утворення конденсату на лінзах. Крім того, її небажано встановлювати біля вхідних дверей, так як через різницю температури всередині і зовні приміщення об'єктиви запотівають. При установці на підвісній стелі необхідно використовувати спеціальне кріплення, особливо в разі використання важких багатоспрямованих камер.

Панорамна камера являє собою ефективну альтернативу фіксованим камерам (двом або більше), що застосовуються для широкого охоплення. Уже сам факт установки всього однієї камери замість декількох спрощує завдання монтажника. До того ж панорамний камера дозволяє бачити зони, недоступні для фіксованої (наприклад, предмети на підлозі в приміщенні з модульними офісами (cubicle)), і в цілому дає більш повну картину подій. У порівнянні ж з поворотною камерою вона дозволяє бачити чотири кути кімнати одночасно, тобто оператор може стежити відразу за всіма підозрілими об'єктами без втрати критичної інформації.

ОБЛАСТІ ЗАСТОСУВАННЯ

Панорамні камери можуть застосовуватися всюди, де потрібен повний огляд території та приміщень, - в роздрібній та оптовій торгівлі (магазини, склади), на транспорті (вокзали, аеропорти, стоянки), в офісних будівлях і урядових установах (офісні модульні приміщення, коридори) і т. д.

Головна перевага камер «риб'яче око» - усунення сліпих зон. Вони найкращим чином підходять для моніторингу відносно невеликих площ: магазинів, лоббі готелів, рекреаційних зон в школах і т. П. Крім контролю за внутрішніми приміщеннями, вони можуть застосовуватися для спостереження за зовнішнім територією - парковками, заправними станціями і т. П.

Завдяки своєму високому дозволу многосенсорние камери дозволяють контролювати більш великі території, ніж односенсорние, коли для адекватного контролю за ситуацією потрібно забезпечити зображення з високим ступенем деталізації. Це можуть бути різні зали всередині аеропортів і вокзалів при внутрішній установці і університетські кампуси, стадіони, парковки - при зовнішній. Їм можна довірити контроль за периметром навколо критичної інфраструктури, такої як урядові та фінансові установи.

Як найбільш дорогий вид панорамних камер, у багатьох напрямах камери доцільно застосовувати для контролю за великими територіями як всередині, так і поза приміщенням - оптовими складами, перехрестями доріг, торговими комплексами, великими парковками і т. П.

Однак при всіх перевагах панорамних камер для ряду специфічних завдань краще підходять традиційні поворотні камери. Вони оснащені моторизованими об'єктивами, що забезпечують багаторазове (до 30x) оптичне збільшення. Таким чином, там, де потрібно отримати детальне зображення (наприклад, при розпізнаванні осіб і визначення номерів автомобілів), краще підійдуть PTZ-камери.

«РИБ'ЯЧИЙ ОКО» СТАНЕ Орлине?

Дозвіл і характеристики панорамних камер продовжують поліпшуватися. Ще недавно пристрій з «риб'ячим оком» пильністю 3 Мпікс вважалося останнім словом техніки, проте реальний дозвіл було ближче до CIF, оскільки при тому ж числі пікселів на сенсор обсяг інформації, що надходить в кілька разів більше. Сьогодні односенсорние камери з роздільною здатністю 6/12 Мпікс здатні замінити традиційні поворотні камери в цілому ряді задач. Ця тенденція буде набирати обертів у міру поширення знань і досвіду використання таких камер серед системних інтеграторів і кінцевих замовників. Крім того, їй повинна сприяти все більш широка підтримка програмної компенсації спотворень в системах VMZ.

Багато аналітиків очікували, що 2016 рік стане роком панорамних камер, які в нових інсталяціях стануть витісняти поворотні PTZ-камери. Однак поки односенсорние камери на 6/12 Мпікс не можуть змагатися з PTZ-камерами за рівнем деталізації, на це буде потрібно ще одне або два покоління. Для завдань, де є потреба у більш високий рівень деталізації, можна використовувати многосенсорние і у багатьох напрямах камери - цілий ряд виробників випустили за останній рік пристрої з загальним дозволом 15 і 20 і навіть 40 і 48 Мпікс. А компанія Logipix One представила камеру із загальним дозволом 140 Мпікс (по суті, це десять камер в одному корпусі - см. Рис. 4).

Таке рішення обійдеться дешевше, ніж необхідне число фіксованих камер, причому можна додатково заощадити на монтажі і підключенні (досить встановити одну камеру і підвести до неї один кабель, до того ж на комутаторі буде зайнятий єдиний порт). А прогнозоване аналітиками і очікуване постачальниками і їх партнерами все більш широке застосування панорамних камер повинно привести до помітного скорочення їх вартості і, як наслідок, більшої доступності.

Дмитро Ганьжа, головний редактор «Журналу мережевих рішень / LAN»