Большое значение могут иметь характеристики элементов системы телевизионного наблюдения, которые прежде всего выбираются в соответствии с характеристиками объектов. Наибольшее применение в органах внутренних дел находят «замкнутые телевизионные системы».

Основными элементами таких систем являются телевизионная передающая камера, коммутационные устройства, устройство отображения (телевизионный монитор), устройство документирования, линии передачи телевизионного сигнала.

Рассмотрим перечисленные элементы более подробно. Качество изображения определяется прежде всего телевизионной камерой.

В настоящее время все современные телевизионные камеры строятся на основе полупроводниковых ПЗС-матриц, принцип работы которых заключается в следующем. Свет, падающий на матрицу, преобразуется в электрический сигнал, который затем обрабатывается и выводится на монитор. Поверхность ПЗС-матрицы состоит из множества светочувствительных ячеек-пикселей (их обычно от 270000 до 440000).

Основной характеристикой телевизионных передающих камер является разрешающая способность, или разрешение. Разрешение измеряется в телевизионных линиях и зависит не только от числа пикселей на матрице, но от параметров электронной схемы камеры. Не менее важным параметром телекамеры является чувствительность, под которой понимают минимальную освещенность на объекте, обеспечивающую возможность различать границу перехода от черного цвета к белому.

В целях увеличения сектора обзора телевизионные камеры устанавливают на поворотные устройства с горизонтальным или с горизонтальным и вертикальным сканированием.

При недостаточном освещении используются тепловизионные камеры.

Вторым важным элементом систем видеонаблюдения является видеомонитор. Он должен обеспечивать высокую долговременную стабильность и не требовать регулярной калибровки.

Основными характеристиками мониторов являются размер экрана по диагонали (как правило, от 17 до 61 см) и разрешающая способность, определяемая по центру экрана (от 200 до 1000 ТВЛ). Чтобы выводить сигнал с телекамеры без потери качества, разрешение монитора должно быть достаточно высоким (не менее 600 ТВЛ для черно-белого изображения). Кроме размера экрана существенное влияние на восприятие картинки оказывает и то, насколько экран черный (от этого зависит контрастность) и плоский (выше естественность, шире угол обзора и меньше бликов).

Коммутационные устройства телевизионных систем наблюдения включают в себя ряд приборов: видеокоммутаторы, квадраторы, мультиплексоры, матричные коммутаторы.

Матричные коммутаторы предназначены для управления сложной телевизионной системой наблюдения, включающей в себя большое количество разнообразного оборудования. Они позволяют избавить пульт управления от излишнего количества аппаратуры и упростить работу с большим объемом видеоинформации.

Современные видеокоммутаторы имеют функцию Alarm (Тревога) — входы, к которым подключаются датчики сигнализации, подающие при срабатывании сигнал тревоги. При поступлении такого сигнала на видеокоммутатор он автоматически переключает «тревожную» камеру на монитор.

Квадраторы служат для одновременного просмотра оператором изображений, поступающих с четырех телекамер, на одном мониторе. При этом экран делится на четыре части и в каждую часть выдается изображение в режиме реального времени с камеры, подключенной к соответствующему видеовходу. В режиме видеозаписи картинка записывается одновременно со всех камер.

Мультиплексоры — это устройства, позволяющие обеспечить качественную запись изображения на видеомагнитофон с нескольких телевизионных камер (до 16), расположенных в различных местах наблюдаемого объекта.

Мультиплексор незаменим при записи большого количества камер на один видеомагнитофон.

В качестве устройства документирования информации, поступающей от телевизионных камер, применяется устройство регистрации видеосигналов — спецвидеомагнитофон, который позволяет вести запись изображений событий (до 40 суток).

Кроме того, начинают активно применяться и некоторые другие регистрирующие устройства, в частности цифровые, записывающие информацию на жесткий или оптический диск.

Обязательным дополнительным устройством к видеозаписывающей аппаратуре является генератор времени события, при помощи которого на каждом кадре отображаются текущая дата и время суток.

К числу дополнительных устройств магнитофона относится и мультиплексор. Он позволяет последовательно выводить на монитор и записывать на один видеомагнитофон информацию от нескольких телевизионных камер. При этом запись осуществляется без потери качества изображения. Это достигается последовательной записью кадров со всех видеокамер на видеокассету.

Также весьма важным для систем видеонаблюдения является и наличие видеопринтеров.

Видеопринтеры позволяют распечатать фотографии клиентов, нежелательных посетителей, кадры чрезвычайных ситуаций и другие кадры с любой видеокассеты.

Для передачи информации от телевизионной камеры к монитору могут использоваться различные линии передачи телевизионного сигнала: проводные, волоконнооптические, радио.

Проводные линии являются наиболее простым способом подключения видеокамеры к монитору или любому другому оборудованию. В профессиональной технике, когда искажение сигнала и внешние помехи критичны, применяются только коаксиальные кабели.

Волоконнооптические линии имеют существенные преимущества перед коаксиальным кабелем — это высокая защищенность от электромагнитных помех и значительно большая длина сегмента. Кроме того, волоконный кабель дешевле хорошего коаксиального и его невозможно обнаружить металлоискателем.

Однако коаксиальные и волоконнооптические кабели можно проложить не везде. А там, где это возможно, стоимость работы может оказаться очень высокой. В таких случаях имеет смысл применение беспроводных линий передачи видеосигнала — радио или инфракрасных.

К специальному диапазону можно отнести и инфракрасный. При его использовании для перехвата телевизионного сигнала требуется специальное оборудование. При всех несомненных достоинствах инфракрасных систем имеется серьезный недостаток, заключающийся в большой чувствительности к атмосферным помехам — туману, снегу и дождю. Дальность действия такой системы не превышает 2 км.

К числу дополнительных устройств относятся и детекторы движения. При числе камер больше четырех внимание оператора рассеивается и эффективность наблюдения снижается. При охране крупных объектов, таких как банк или завод, требуется установка большого числа камер. Решить эту проблему можно установкой детекторов движения, которые привлекут внимание оператора при возникновении какого- либо движения в поле зрения камеры.

Детекторы движения обрабатывают видеоизображение от телекамер и при необходимости могут включать видеомагнитофон для записи изображения или подавать сигнал тревоги. Детектор реагирует на изменение изображения объекта (контраст или движение) и подает сигнал тревоги.

В последнее время в видеонаблюдении используются сетевые технологии. В зависимости от масштабов таких сетей они делятся на две основные группы: локальные (LAN) и глобальные (WAN) сети.

Локальные сети (LAN) соединяют множество устройств, находящихся в относительной близости друг от друга, чаще всего в пределах одного здания. Типичным примером является предприятие или компания, в которых имеется по крайней мере несколько компьютеров. Иногда такую конфигурацию называют внутрикорпоративной сетью или Интранет (Intranet).

В классической конфигурации локальной сети один компьютер назначается в качестве сервера. На нем хранится все программное обеспечение, управляющее сетью, включая программы, которые могут совместно использоваться компьютерами, соединенными в сеть. Компьютеры, соединенные с сервером, называются клиентами (или рабочими станциями). В большинстве локальных сетей для соединения сетевых интерфейсных плат каждого компьютера используется кабель.

Глобальная сеть (WAN) объединяет некоторое количество компьютеров, которые могут находиться на расстоянии многих километров друг от друга. Например, когда у компании имеются офисы в нескольких крупных городах, находящихся в сотнях километров друг от друга, то все локальные сети, скорее всего, будут объединены в глобальную сеть с использованием выделенных линий, арендуемых у местных телефонных компаний, или доступных каналов ISDN, ADSL, или же других видов сетевых подключений.

Применение СТН-3000

Прежде всего, это объекты трубопроводного транспорта, добычи, хранения и распределения природного газа, нефти и нефтепродуктов. Разработанная в середине 90-х годов, СТН-3000 в настоящее время наибольшую известность получила на добывающих и транспортных предприятиях ПАО «Газпром», где она широко используется для автоматизации газопроводов, газораспределительных (ГРС) и газоизмерительных (ГИС) станций, кустов газовых скважин и станций подземного хранения газа (СПХГ).

Решения АТГС интегрируют КП телемеханики линейной части, ЭХЗ и САУ ГРС в единую систему с единым каналом передачи данных и единым входом в АСУТП Заказчика.
Данный подход позволяет применять единую систему связи, единый концентратор (ЦКИ) и единый резервный АРМ телемеханики, что существенно экономит затраты на реализацию и упрощает и сопровождение самой системы.

КП телемеханики, оснащенный мощным контроллером, обладает высокой функциональностью, надежен в работе и характеризуется низким энергопотреблением. Как система в целом, так и её компоненты обладают модульной структурой, созданные с их применением системы легко расширяемы (без останова контроля над объектом и без потери разработанных ранее приложений).

Структура и основные компоненты СТН-3000

СТН-3000 представляет собою многоуровневую иерархическую распределенную систему управления, структура которой определяется структурой объекта управления. Общий вариант структуры СТН-3000 показан на рисунке ниже.

В состав системы СТН-3000 входит полный набор технических средств для автоматизации территориально распределенных технологических объектов. Основными структурными единицами являются:

• Контролируемый пункт (КП) телемеханики
• Пункт управления (ПУ)Комплект средств связи
• Контрольно-измерительные приборы (датчики, вычислители расхода, исполнительные устройства)

В зависимости от характера объекта автоматизации в СТН-3000 имеются следующие модификации КП телемеханики:

• КП телемеханики линейной части трубопровода
• КП телемеханики станций катодной защиты (СКЗ)
• КП телемеханики кустов газовых скважин
• КП САУ газораспределительной станции
• САУ газоизмерительной станции
• САУ насосных и компрессорных станций

Система обеспечивает в реальном масштабе времени следующие основные функции:

• Сбор, передачу, прием данных с объектов (текущих параметров, сообщений телесигнализации, команд телеуправления и телерегулирования, интегральных значений параметров)
• Анализ полученных данных и проверку их достоверности
• Отображение результатов анализа и контроля (в виде текста на технологических схемах и в таблицах, графиков, цветовой и звуковой сигнализации)
• Проведение в реальном времени необходимых расчетов и диагностики технологического и сетевого оборудования
• Прямое управление объектом с обеспечением передачи и выполнения команд
• «Дружественный» диалог с пользователем при выполнении всех указанных действий

Функции, выполняемые контролируемыми пунктами, постоянно расширяются. Стандартный контролируемый пункт СТН-3000 в дополнение к «классическим» функциям системы телемеханики обеспечивает управление технологическим оборудованием по сложным алгоритмам, регулирование технологическим оборудованием, в том числе ПИД-регулирование, управление системой коррозионной защиты трубопровода, охранную сигнализацию объекта (в некоторых случаях даже функции видеонаблюдения), глубокую самодиагностику, ведение архивов событий и многое другое.

Совершенствование элементной базы СТН-3000 позволило возложить на контролируемый пункт выполнение сложных математических расчетов, таких как расчет расхода газа в реальном времени для нескольких измерительных
трубопроводов. В ряде систем контролируемые пункты реализуют сложные вычислительные алгоритмы для системы определения утечки нефтепродукта.

В настоящее время КП реализуются на базе программируемых логических контроллеров серии ControlWave или их аналогов российского производства серии СТН-3000-РКУ. Контроллер СТН-3000-РКУ, полностью совместим с линейкой контроллеров ControlWave , что позволяет проводить реконструкцию и капитальный ремонт систем без остановки их работы. На этот контроллер и на систему СТН-3000 с двумя линейками контроллеров (а в случае применения СТН-3000-РКУ СТМ называется СТН-3000-Р) получены все разрешительные документы и метрологические сертификаты

Универсальные контроллеры этих серий сочетают достоинства PLC, RTU и DCS и обладают следующими основными свойствами:

• Масштабирование в соответствии с количеством входных/выходных сигналов
• Модули ввода/вывода до 32 сигналов
• Широкие коммуникационные возможности: три порта 100/10 Base-T Ethernet, четыре порта ввода/вывода BS232/485
• Язык программирования соответствует стандарту IEC 61131-3
• Расширенный температурный диапазон (-40 +70 С)

Средства связи между контроллерами

В системе СТН-3000 может быть до пяти уровней контроллеров. Каждый контроллер высшего уровня может управлять 127-ю контроллерами нижестоящего уровня.

Общее количество контроллеров в системе СТН — 3000 может достигать 32767.

Связь между контроллерами может осуществляться с помощью следующих средств:

• По интерфейсу RS232/RS485
• По оптоволоконному кабелю
• По выделенной или коммутируемой телефонной линии;
• По радиоканалу

В системе внедрен Ethernet и протокол TCP/IP. Связь в системе СТН-3000 осуществляется по помехозащищенному протоколу BSAP, соответствующему требованиям ISO1745/2111/2629. Контролируемый пункт СТН-3000 позволяет подключать внешние приборы по следующим протоколам:ASCII , BSAP , CIP , DFI , DNP 3, HART , IEC 1107, MODBUS (в том числе по TCP / IP ).

Уровни диспетчерского управления реализуются на базе программно-технического комплекса СПУРТ
(Система Программного Управления Режимами Трубопроводов), разработки АО «АтлантикТрансгазСистема», который в настоящее время широко используется в ПАО «Газпром». В рамках программы импортозамещения была разработана модификация ПТК СПУРТ – СПУРТ-Р, реализованный на базе компонентов российского и несанкционного производства. Программное обеспечение СПУРТ-Р включено в Государственный реестр Российского ПО. ПТК СПУРТ-Р прошел комплекс испытаний и допущен к применению в ПАО «Газпром».

СПУРТ является эффективным и надежным решением для проектов АСУТП, требующих:

• Ведения большой базы данных реального времени со сложной, многозадачной обработкой информации
• Стыка с различными системами автоматики
• Стыка с системами АСУ производства (АСУП): R/3, ORACLE и др.
• Высокой надежности при работе 24 часа в сутки

Условия эксплуатации

Устройства системы СТН-3000 обеспечивают работоспособность в следующих условиях окружающей среды:

СТН-3000 является высоконадежной системой:

• Наработка на отказ свыше 60 000 часов
• Срок службы системы – не менее 15 лет

Сертификаты

Измерительно-информационная система СТН-3000, производства АО «АтлантикТрансгазСистема», имеет сертификаты соответствия требованиям Технического регламента Таможенного союза № RU C-RU.АВ24.В.02753 (стандартное исполнение) и свидетельство об утверждении типа средств измерений RU.C.34.004.A №59592 (регистрационный номер в Государственном реестре средств измерений 21697-15). В настоящее время система телемеханики СТН-3000-Р проходит сертификационные испытния в СДС «ИНТЕРГАЗСЕРТ».

Система телемеханики СТН-3000 успешно прошла приемочные (межведомственные) испытания ОАО «Газпром» на следующих объектах:

• 1997 год, ООО «Газпром трансгаз Чайковский»: СЛТМ СТН-3000 Очерского ЛПУ
• 2003 год, ООО «Ямбурггаздобыча», Заполярное ГКМ: СЛТМ СТН-3000 кустов газовых скважин
• 2005 год, ООО «Газпром трансгаз Чайковский»: СЛТМ СТН-3000 Чайковского ЛПУ, Система автоматизированного управления (САУ) ГРС-8 Большая Соснова Очерского ЛПУ МГ

Создание охранных систем на основе замкнутого телевидения началось с начала 80-х годов XX столетия. Появились видеокамеры на ПЗС-матрицах, способные функционировать без перебоев даже в очень сложных условиях в течение длительного времени. Сейчас конструкция систем телевизионного наблюдения и охраны сильно усложнилась. Особое внимание при изготовлении таких систем уделяется совершенствованию коммутационных устройств и систем обработки поступаемой информации.

Телевизионные системы нашли широкое применение на объектах Министерства обороны и успешно выполняют поставленные задачи:

– визуальный контроль охраняемой территории;

– обнаружение нарушителя, его идентификация, наблюдение за ситуацией;

– контроль за сдачей объекта под охрану, допуском лиц и средств передвижения;

– контроль за действиями сотрудников объекта и сил его охраны.

Как правило, организации, производящие монтажные работы по установке системы, имеют лицензию на право заниматься этим видом деятельности, а исполнители – допуск к работе на режимных объектах.

Выбор системы телевизионного наблюдения

Любая система телевизионного наблюдения включает в себя три функциональные части:

– видеокамеры;

– аппаратуру для обработки видеоинформации;

– мониторы.

По способу приема и обработки видеоинформации различают:

– традиционные системы телевизионного наблюдения на базе специализированной аппаратуры;

– компьютерные системы телевизионного наблюдения.

Система телевизионного наблюдения предназначена для наглядного представления видеоинформации об оперативной обстановке на контролируемом объекте. Для решения этой задачи в соответствии с характеристиками объектов выбирают параметры системы.

К основным факторам, определяющим состав системы телевизионного наблюдения, относятся:

– количество контролируемых объектов;

– скорость реакции системы;

– стоимость;

– простота управления и возможность работы в ведомом режиме;

– надежность.

Параметры элементов системы телевизионного наблюдения выбираются в соответствии с характеристиками объектов:

– размерами;

– средним расстоянием;

– скоростью перемещения;

– условиями освещения.

В системах телевизионного наблюдения максимальное количество одновременно работающих камер не ограничивается и определяется в каждом конкретном случае соотношением числа мониторов и возможностями устройств для обработки видеоинформации.

Обычно изображение с большей части камер просматривается одновременно, а с остальных – в режиме пролистывания.

Сложные системы телевизионного наблюдения позволяют получить на телевизионных или компьютерных мониторах видеоизображение многих точек охраняемого объекта. Мониторы и оборудование обработки видеосигналов устанавливаются в дежурных помещениях или у сотрудников фирмы, курирующих службу безопасности.

В компьютерных системах на одном мониторе отображается не более 16 камер. При большем числе камер размеры отдельных изображений сильно уменьшаются, а видеоканалы переключаются в режиме пролистывания блоками до 16 камер одновременно.

Наглядность представления оперативной обстановки выше в системах с большим количеством мониторов, так как при этом возможно нормальное отображение всех камер одновременно.

Скорость обработки видеоинформации близка к обработке в масштабе реального времени и при оптимальном составе задействованных для этой цели средств не зависит от количества камер.

В компьютерных системах скорость обработки видеоинформации уменьшается пропорционально росту количества камер. Более быстро аппаратура реагирует на действия оператора в традиционных системах. Методы цифровой обработки позволяют улучшать видеоизображение, фильтровать шумы, выделять и исследовать отдельные детали.

Состав системы телевизионного наблюдения

Состав системы выбирается исходя из количества объектов наблюдения, стоимости, требований к простоте управления и скорости реакции системы.

Одну и ту же задачу можно решить, используя разные конфигурации систем. Стоимость черно-белой камеры в среднем такая же, как и поворотного устройства. Следовательно, целесообразнее использовать камеру с поворотным устройством, в случае если необходим угол обзора более 180° (угол обзора 180° можно обеспечить двумя камерами).

Скорость перемещения поворотного устройства находится в пределах 0–12 м/с. При выбранном среднем расстоянии до объекта (например, 10 м) можно отслеживать перемещения предметов, движущихся со скоростью не более 2 м/с.

В зависимости от количества объектов и предполагаемой наибольшей скорости их перемещении (человек – 10 м/с, машина – 30 м/с), а также с учетом быстроты реакции оператора выбирается необходимая скорость реакции системы.

Дополнительные устройства систем телевизионного наблюдения позволяют дублировать некоторые функции оператора, увеличивая надежность охраны, и ускорять реакцию системы для привлечения внимания оператора и включения исполнительных устройств. Для этой цели данные устройства имеют «тревожные» входы и выходы.

«Тревожные» входы предназначены для включения дополнительного устройства, например мультиплексора. Мультиплексор переключается в режим отображения на мониторе «тревожной» зоны.

Назначение этих выходов состоит в быстром включении исполняющих устройств. Это может быть освещение, сирена и пр.

При использовании зарубежной техники, рассчитанной на эксплуатацию в сетях переменного тока с напряжением 110 В, мощность допустимых переключаемых нагрузок должна быть уменьшена в 2 раза.

Возможность работы системы в ведомом режиме обусловлена необходимостью дублирования некоторых функций оператора. Использование датчиков движения позволяет автоматически непрерывно контролировать любое количество видеоизображений. Независимо от действий оператора система может включать видеомагнитофон, освещение и другие устройства.

Выбор между традиционными и компьютерными системами затруднен. Компьютерная система может выполнять любые функции контроля и управления. Скорость реакции системы зависит от программного обеспечения управления системой и подготовки оператора. Для работы в ведомом режиме необходимо соответствующее программное обеспечение.

Традиционные системы просты в управлении, стоимость их ниже, но недостатком является нехватка гибкости: для изменения работы системы необходимо переделывать полностью ее схему. В компьютерных системах дополнительные функции легко устанавливаются с помощью специальных программных средств.

Телевизионные камеры делятся на цветные и черно-белые. Выбирая цветную камеру, необходимо учитывать координирование цветных сигналов в соответствии с различными стандартами, основными из которых являются PAL и NTSC. Камеры производства США имеют стандарт NTSC, и если их использовать в охранных системах, имеющих стандарт PAL, то изображение будет черно-белым.

По своей конструкции телевизионные камеры бывают корпусными и бескорпусными. Бескорпусные камеры применяются в системах скрытого наблюдения. По своим габаритам они меньше, чем корпусные камеры, а их стоимость значительно ниже. Такие камеры имеют вид печатных плат со смонтированными на них электронными частями и жестко закрепленным объективом.

Основные технические характеристики телевизионных камер

1. Разрешение, зависящее от количества элементов ПЗС-матрицы.

2. Чувствительность – способность камеры качественно работать в условиях минимальной освещенности (освещенность измеряется в люксах).

3. Соотношение сигнал/шум, измеряющееся в децибелах. Для высококлассной аппаратуры это соотношение равно 58 дБ, а для обычной – не выше 40 дБ.

Возможные перепады напряжения в сети могут быть негативно восприняты некоторыми телекамерами, особенно цветными, поэтому во избежание подобной неприятности лучше установить специальный блок питания.

Объективы

Фокусное расстояние как основная характеристика объектива может быть постоянным или переменным. Влияет оно на поле или угол зрения объектива.

При выборе объектива необходимо учитывать, что рассчитываются они на ПЗС-кристалл определенного размера. При несоблюдении этого условия изображение будет искаженным. Надо отметить, что многие телекамеры зарубежного производства имеют объектив со стандартной резьбой C-mount (диаметр 25 мм).

Защитные корпуса

Используются на открытом воздухе. При низкой температуре они могут быть оборудованы подогревателями. В наших климатических условиях, как правило, невозможно использовать импортные обогреватели, отличающиеся повышенной морозочувствительностью.

Устройства наведения

Устройства наведения применяются для телекамер с дистанционным управлением. Они делают возможным поворот камеры в горизонтальной плоскости на 175°, а в вертикальной – на 90°.

Мониторы

Мониторы бывают цветными и черно-белыми. Размер экрана по диагонали может быть 7, 9, 12, 15, 21 дюйм или соответственно 17, 22, 30, 36, 53 см. Разрешающая способность может составлять от 240 до 1000 линий в центре экрана. К некоторым мониторам возможно подключение нескольких телекамер. Выбор нужного канала производится через переключатель.

Коммутаторы

Предназначены для подключения нескольких телекамер к одному монитору. Количество каналов может быть от 4 до 16, а при использовании нескольких блоков коммутации их количество может достигать 64. Камеры переключаются вручную или автоматически.

Детекторы движения

Если камер больше 4, то внимание оператора и эффективность наблюдения снижаются. При охране крупных объектов – таких, как банк или предприятие, – требуется установка большого числа камер, а вместе с ними и монтаж детекторов движения, которые привлекут внимание оператора при возникновении какого-либо движения в поле зрения камеры.

Детекторы движения обрабатывают полученное с телекамер изображение и при необходимости могут включать видеомагнитофон для записи изображения или подавать сигнал тревоги в том случае, если изменился внешний вид объекта. При этом изображение от камеры распространяется на зоны и задается чувствительность реакции датчика движения. Например, он настраивается таким образом, чтобы не реагировать на мелких птиц и животных при наружной установке. В детектор встроен индикатор тревоги на светодиодах и громкоговоритель. Имеется также «тревожный» выход для подключения внешнего звукового усилителя.

Специализированные видеомагнитофоны

Предназначены для ведения длительной записи. При охране объекта их успешно применяют для фиксирования и документирования всех происходящих событий или только определенных моментов, записанных на пленку. Документирование записи происходит с помощью генератора «дата/время».

Для получения с телевизионного сигнала фотографий черно-белого или цветного изображения различного размера используют видеопринтеры.

Важными параметрами видеомагнитофона являются разрешающая способность при записи изображения и надежность работы.

Высокая разрешающая возможность записи позволяет фиксировать мелкие детали, а надежность важна в связи с тем, что такой видеомагнитофон способен непрерывно работать в течение нескольких лет.

На передней панели под крышкой находятся органы управления. С их помощью возможно задать любой режим работы: запись, воспроизведение, обратное воспроизведение, стоп-кадр, быстрая перемотка ленты в двух направлениях, размещение информации по времени и дате в любом месте на экране, коррекция показателей времени и даты.

Специализированные видеомагнитофоны работают в режиме «старт-стоп». Фиксирование на видеопленке кадров будет зависеть от установленного времени записи.

Подключение специализированного видеомагнитофона к общей системе охраны объекта делает возможным его программирование на изменение скорости записи в случае тревоги. Именно для этой цели в видеомагнитофоне предусмотрен таймер. При просмотре на мониторе записанных кадров можно восстановить события для анализа сложившейся ситуации.

Передача телевизионного сигнала

В качестве соединителя видеокамеры с монитором используется телевизионный кабель, причем его длина может составлять несколько сот метров. При расстоянии в несколько километров для передачи телевизионного сигнала необходимо использовать усилители видеосигнала.

Передача телевизионного сигнала может осуществляться через телефонные провода. Для преобразования информации на обоих концах провода (передающем и приемном) устанавливаются специальные блоки. В этом случае дальность действия не ограничена. Изображение может передаваться в аналоговом или цифровом режиме с различным разрешением. Время передачи будет зависеть от заданных требований к качеству изображения (оно может быть от десятых долей секунды до минуты).

При использовании мобильных и переносных систем наблюдения обычно применяют радиосвязь, и тогда телекамеры соединяются с передатчиком. Изображение принимается на обычный телевизор. При большой мощности передающего устройства дальность действия может достигать нескольких километров.

При использовании стационарных систем наблюдения в зоне действия больших электромагнитных помех применяется связь по волоконно-оптическим линиям. Такой кабель большой длины позволяет увеличить дальность действия до сотни километров.

К внешним помехам наиболее устойчива передача изображения по лазерному лучу, но она сложна в исполнении и поэтому редко применяется.

Варианты оборудования объектов

Большое количество помещений и территорий, существующих на объекте, не всегда позволяют дать однозначные рекомендации по размещению телекамер (ТК). В настоящем разделе рассмотрены стандартные помещения (комната, коридор, лестница) и территории (периметр, стоянка автомобилей), которые могут быть на большинстве объектов, и даны рекомендации по размещению ТК в этих помещениях (на территориях). В любом случае варианты оборудования объектов должны выбираться индивидуально для каждого объекта на стадии его изучения и согласовываться с заказчиком.

Приняты следующие обозначения:

А, В – длина и ширина зоны видеоконтроля, м;

V – поле зрения ТК по горизонтали, м;

Н – поле зрения ТК по вертикали, м;

h – высота установки ТК, м;

п, в – углы зрения по горизонтали и вертикали.

Помещения

При охране помещений с помощью СОТ возможно выполнение следующих задач:

– общее наблюдение за текущей обстановкой в помещении;

– контроль за входной дверью;

– наблюдение за всеми проемами (двери, окна) помещения.

Например, конкретные размеры помещения: ширина (А) – 3 м, длина (В) – 4 м.

Первая телекамера (ТК-1), обладающая широким углом зрения (до 100°), охватывает всю площадь помещения. Минимальная различимая деталь изображения на дальней границе зоны видеоконтроля при этом равна SH – 31 мм.

Первая телекамера (ТК-1) выполняет только целевую задачу обнаружения.

Для контроля всех входящих в помещение используется вторая телекамера (ТК-2), обладающая меньшим углом зрения. При выборе камеры с углом зрения по вертикали следует исходить из высоты двери или роста человека (то есть поле зрения по вертикали равняется примерно 1,8 м).

Минимальная различимая деталь изображения при этом равна SH – 4 мм.

Вторая телекамера (ТК-2) способна выполнять целевую задачу различения объекта контроля. Для идентификации объекта контроля применяют телекамеры высокого разрешения (R – 600 ТВЛ).

Для наблюдения за пространством в проемах помещения используется третья телекамера (ТК-3), расположенная на потолке на поворотном устройстве и оборудованная объективом с трансфокатором.

Коридоры

При охране коридора или комнаты с помощью специальных систем решаются следующие задачи:

– ведется наблюдение за всеми лицами, выходящими в коридор из кабинетов;

– контролируются все лица, входящие в коридор через входную дверь, например с лестничной клетки.

Эти действия выполняются с помощью одной телекамеры, оборудованной объективом с трансфокатором, или двух – с большим и малым углами зрения. Если длина коридора составляет 10 м, ширина – 2,5 м и первая дверь расположена на расстоянии 3 м от третьей телекамеры, то на дальней границе зоны контроля S (dri) будет равно 21 мм, а S (ccn) – 6 мм.

Иными словами, с помощью таких телекамер выполняется как задача обнаружения, так и задача различения объекта. Если применяют объектив с трансфокатором, его увеличение должно быть равно 3 при минимальном угле обзора (а) 15°. Для выполнения задачи по идентификации входящих в торцевую дверь лиц используются телекамеры высокого разрешения.

Лестницы и входные двери

Наблюдение за лестничными пролетами первого и второго этажей рекомендуется вести с промежуточных площадок между этажами (выше второго этажа устанавливать телекамеры нецелесообразно). На площадках под потолком необходимо установить по две камеры, направленные, соответственно, вверх и вниз лестницы.

Периметр

При охране территории по периметру, например вдоль забора, выделяют зону отторжения (не менее 2 м), в которой не должны находиться посторонние предметы, деревья, кустарники, высокая трава и другие преграды. Весь периметр делят на участки и устанавливают размеры контролируемых зон. На каждом участке располагают телевизионную камеру на поворотно-наклонном устройстве и оборудуют ее объективом с трансфокатором. Минимальное фокусное расстояние выбирается с учетом условия уменьшения мертвой зоны под телекамерой, а максимальное – для обеспечения поля обзора, равное ширине зоны отторжения (V) на дальней границе зоны контроля.

При длине контролируемого периметра (D) 100 м, ширине зоны отторжения (V) 2 м и при наличии объектива с трансфокатором с максимальным увеличением и максимальным углом зрения в 45° имеется на дальней границе зоны контроля:

– при максимальном угле зрения S – 218 мм;

– при минимальном угле зрения S – 32 мм.

Таким образом, на дальней границе зоны контроля телекамера с указанными параметрами выполняет задачу обнаружения. Для большей детализации объекта контроля необходимо применять телекамеры более высокого разрешения и объективы с большим увеличением.

Открытые площадки

При охране открытых площадок, например стоянок автомобилей, применяют телекамеры с трансфокатором на объективе, располагающиеся на поворотно-наклонном устройстве. При минимальном фокусном расстоянии объектива проводится обзор всей площади стоянки. При максимальном фокусном расстоянии возможно определение номера автомобиля, находящегося на стоянке. Кроме того, телевизионную камеру можно подключить к системе распознавания номеров автомашин.

Выбор объектива (с трансфокатором) с увеличением 10 и максимальным углом зрения в 45° при длине и ширине открытой площадки, равной 100 м, дает результат: S = 13 мм, то есть при минимальном угле зрения объектива возможно различение номера автомобиля на экране монитора. Применение телекамер высокого разрешения дает результат: S (mm) = 9 мм, то есть камеры высокого разрешения позволяют определить номер автомобиля на большем расстоянии.

При организации видеоконтроля на стоянках автотранспорта следует учитывать то, что в темное время суток въезд автомобиля на стоянку происходит с включенными фарами, в свете которых номер автомобиля может стать неразличимым. В этом случае можно применить следующее:

– на въезде стоянки автотранспорта применять дежурное освещение, компенсирующее недостаточность света фар;

– использовать телекамеры с функцией инверсии белого.

Рынок систем телевизионного наблюдения

К поставляемому на российский рынок оборудованию потребитель предъявляет новые, более строгие требования. Это происходит в силу возрастающей технической грамотности и покупательской способности. В свою очередь производители, заинтересованные в расширении сбыта своей продукции, вынуждены ее модернизировать и разрабатывать новые системы визуального контроля.

В настоящее время в России действуют несколько сотен предприятий, организаций, фирм, которые специализируются в области охранного телевидения и поставляют на российский рынок свою продукцию. Кроме того, здесь можно увидеть большой спектр зарубежной охранной техники, которую по техническим характеристикам можно разделить на две группы:

Рис. 131. Аппаратура фирмы «Panasoniс».

Рис. 132. Аппаратура фирмы «Sony».

Эти фирмы специализируются на производстве комплексных систем, отличающихся высокими техническими характеристиками, надежностью и большим количеством сервисных функций. Высокая стоимость подобной продукции делает ее доступной для ограниченного круга потребителей. Подобную аппаратуру целесообразно применять на объектах, которым необходима сверхвысокая степень защищенности, например в банках.

2. Оборудование менее известных фирм, отмеченных хотя бы одним из международных сертификатов качества, например, на соответствие стандарту ISO. Это телевизионное оборудование «Mintron», охранные датчики «Visonic» и др. Техника этих фирм более доступна для среднего потребителя и в то же время практически не уступает в качестве именитым конкурентам.

В небольшую подгруппу можно выделить фирмы, выпускающие специальное оборудование. В их числе японский концерн «Watec», выпускающий миниатюрные камеры. Например, для охраны офисов специалистами фирмы разработана небольшая камера WAT-310.

Светлый неброский корпус маленькой камеры не привлекает внимания посетителей. Встроенный в камеру объектив с автоматической диафрагмой дает возможность получения четкого и яркого изображения в любое время суток. Выпуск самой маленькой камеры в мире осуществляет эта же фирма (рис. 133).

Рис. 133. WAT-660 – самая маленькая камерав мире.

Камера имеет в своей основе матрицу формата 1/4 дюйма.

Для обеспечения качественной и бесперебойной работы систем наблюдения очень важно гарантийное и послегарантийное обслуживание. Одно из главных условий эффективной работы аппаратуры – грамотное проектирование с учетом особенностей как самой системы, так и объекта, где она устанавливается. Поэтому проектирование становится неотъемлемой частью работы и служит поддержанию имиджа фирмы.

Чем сложнее система, тем ощутимей взаимосвязь всех особенностей. Часто возникает необходимость в дополнительной доработке уже принятого проекта до завершения основных работ. Вот почему важно не ошибиться при выборе фирмы-исполнителя. Для этого надо следовать следующим правилам.

1. Для того чтобы увидеть в деле интересующую аппаратуру необходимо посетить выставку, где она будет представлена. Это даст хорошую возможность оценить ее качество и функциональные особенности.

2. Выбирая оборудование, следует убедиться в высокой квалификации и компетентности сотрудников фирмы, с которой придется заключить договор на установку охранной сигнализации. Лучше всего иметь дело не с посредниками, а с прямыми поставщиками оборудования. В этом случае будет больше возможностей получить преимущественные гарантии по установке системы.

3. Перед подписанием договора лучше всего встретиться лично с руководителем фирмы, которой вы собираетесь доверить свои деньги и безопасность.

Дистанционное наблюдение движущихся объектов осущест­вляется с помощью средств телевизионного наблюдения. Схема комплекса средств телевизионного наблюдения показана на рис. 16.2.

Рис. 16.2. Схема комплекса средств телевизионного наблюдения

При телевизионном наблюдении изображение объективом проецируется на светочувствительный слой фотокатода вакуум­ной передающей трубки или мишени твердотельного преобразо­вателя. Фотокатод содержит вещества, из атомов которого кванты световой энергии выбивают электроны, количество которых пропорционально энергии света (яркости элемента изображения). На фотокатоде образуется изображение Q(x,y,t) в виде электричес­ких зарядов, эквивалентное оптическому B(x,y,t) изображению, где Q и В — значения соответственно величины зарядов и яркости в точках с координатами х и у в момент времени t.

В вакуумных телевизионных передающих трубках произво­дится считывание величины заряда с помощью электронного луча трубки, отклоняемого по горизонтали и вертикали магнитными полями. Эти поля создаются отклоняющими катушками, надевае­мыми на горловину телевизионной трубки.

За время развития телевидения разработано много типов пе­редающих телевизионных трубок, отличающихся чувствительнос­тью фотокатода и разрешающейся способностью. Появление до­статочно простых ТВ-трубок типа «видикон» позволило создать компактные телекамеры. Миниатюрные видиконы с диаметром до 15 мм обеспечивают четкость 400-600 линий. На основе видикона разработаны различные варианты телевизионных передающих трубок: плюмбикон, кремникон, суперортикон, изокон и др., обес­печивающие качественное светоэлектрическое преобразование в широком диапазоне длин волн и освещенности.

В начале 70-х годов был открыт и реализован новый принцип построения безвакуумных твердотельных преобразователей «свето-электрический сигнал», т. н. приборов с зарядовой связью (ПЗС).В основу таких приборов положены свойства структуры металл-окисел-полупроводник, называемой МОП-структурой (рис. 16.3).

Фотокатод или мишень ПЗС представляет линейку или матри­цу из ячеек с МОП-структурами, образованную горизонтальными и вертикальными токопроводящими прозрачными электродами. Размеры каждой ячейки соответствуют размерам элемента изобра­жения. Разрешающая способность ПЗС определяется количеством ячеек, размещающихся в поле изображения.

Считывание зарядов, образующихся в каждой ячейке ПЗС под действием света точек изображения, производится путем последо­вательного перекачивания зарядов с ячейки на ячейку под действи­ем управляющих сигналов, подаваемых на электроды. В результате этого на выходе ПЗС образуется последовательность электричес­ких сигналов, амплитуда которых соответствует величине заряда на ячейках мишени на ПЗС

Типовая телевизионная передающая камерасодержит элек­тронную плату с элементами электронной схемы, плату со свето-электрическим преобразователем и объектив. В малогабаритной камере для скрытого наблюдения объектив и светоэлектрический преобразователь укрепляются на единой электронной плате.

Электронная схема электронной платы телевизионной камеры выполняет следующие функции:

генерация сигналов управления светоэлектрическим преобра­зователем с целью считывания с него сигналов, эквивалентных яркости объектов изображения;

•усиление сигналов изображения с выхода светоэлектрического преобразователя;

•формирование сигналов (импульсов) синхронизации по стро­кам и кадрам изображения на экране монитора;

•формирование полного цветового сигнала, содержащего сиг­налы изображения, строчные и кадровые синхронизующие им­пульсы.

Светочувствительные матрицы современных телевизионных камер выполняются на приборах с зарядовой связью (ПЗС), кото­рые по сравнению с вакуумными телевизионными передающими трубками имеют несоизмеримо малые размеры и энергопотреб­ление. Размер светочувствительной области матрицы называет­ся оптическим форматом.Для систем видеонаблюдения приме­няют форматы: 1/4, 1/3, 1/2, 2/3 и 1 дюйм. Следует отметить, что размер диагонали матрицы меньше величины, равной произведе­нию формата на эквивалент дюйма (2,54 мм). Например, размер матрицы 1/2″ составляет 6,4 х 4,8 мм с диагональю 7,8 мм вмес­то 0,5 х 25,4 = 12,7 мм. Различие обусловлено тем, что размер ПЗС-матрицы определенного формата соответствует размеру поля изображения электронной передающей трубки диаметром, равно­му этому формату.

Чем больше формат матрицы, тем более высокое разрешение камеры можно обеспечить. Матрицы оптического формата 1/2, 2/3 и 1 дюйм применяют в камерах среднего и высокого класса, а 1/3 и 1/4— в малогабаритных камерах и для скрытого наблюдения. На основе матриц формата 1/4 дюйма размером 3,4 х 2,4 мм компани­ей Watec (Япония) созданы сверхминиатюрные камеры WAT-660 (29 х 29 х 16 мм) и WAT-704R (цилиндрической формы диаметром 18 мм).

Для получения цветного изображения светочувствительный элемент ПЗС матрицы состоит из 3-4 светочувствительных ячеек, перед которыми установлены светофильтры красного, синего и зе­леного цветов. В варианте 4 ячеек две из них чувствительны к зеле­ным лучам (перед ними установлены светофильтры зеленого све­та). Такой вариант приближает спектральную характеристику ПЗС матрицы к спектральной характеристике глаза, наиболее чувстви­тельного к зеленому цвету. Из-за технологических и схемно-технических проблем и меньшей освещенности каждой ячейки элемен­та матрицы разрешение и чувствительность цветных камер хуже черно-белых. Для обеспечения высокого разрешения цветных ка­мер световой поток от объектива с помощью призм направляют на 3 ПЗС-матрицы с соответствующими светофильтрами, что сущес­твенно усложняет конструкцию камеры. Камеры с ПЗС-матрицами называются также CCD-камерами.

Объектив телевизионной камерыможет быть сменным и встроенным, с постоянным и переменным фокусным расстояния­ми. Основные характеристики объектива: фокусное расстояние f и светосила.Фокусное расстояние объектива определяет угол зре­ния телевизионной камеры. Объективы с малым фокусным рассто­янием (около 2,8 мм) обеспечивают просмотр пространств боль­шой площади, но получаемые изображения имеют мелкий масштаб. Кроме того, широкоугольные объективы вносят существен­ные искажения в изображение. Длиннофокусные объективы с f до 350 мм создают более четкое изображение, но с малой глубиной резкости. Для наблюдения за входной дверью, помещением, откры­тыми площадками применяются широкоугольные камеры с углом зрения 60-90°. Зависимость угла зрения объектива а и камеры от фокусного расстояния объектива f в мм описывается выражени­ем а = arctg (h / 2f), где h — размер матрицы по горизонтали в мм. Следовательно, камеры с малым оптическим форматом имеют ши­рокий угол зрения.

Возможности наблюдения с разными углами зрения создают вариообъективы (объективы с переменным фокусным расстояни­ем), фокусное расстояние которых может изменяться вручную или сервоприводом.

Для скрытого наблюдения применяют миниатюрные телека­меры с объективами pin-hole (с «вынесенным входным зрачком») или специальные насадки. У объективов pin-hole плоскость апер­туры диафрагмы совпадает с входным зрачком (см. рис. 16.4).

Рис. 16.4. Особенности объектива pin-hole

Такое расположение диафрагмы позволяет существенно умень­шить наружный диаметр d входного зрачка без заметного сниже­ния светосилы объектива. Например, японская миниатюрная каме­ра «WAT-660» имеет чувствительность 0,8 лк, разрешение 380 ли­ний. При использовании объективов pin-hole с диаметром зрачка от 0,9 до 2 мм камеру можно встраивать в дверь, стену под обои, настенные часы, в корпус извещателя и др. предметы. Для скрыто­го наблюдения через небольшое отверстие используется также на­садка в виде оптоволоконного кабеля диаметром около 2 мм и дли­ною 50 см и более с объективом на конце.

В камерах со сменными объективами применяют два типа стандартных конструкций узлов присоединения:

•тип «С» («C-mount») с резьбой 2,54 х 0,8 и расстоянием до плос­кости ПЗС матрицы 17,5 мм (старый стандарт);

•тип «CS» («CS-mount») с резьбой 2,54 х 0,8 и расстоянием до плоскости ПЗС матрицы 12,5 мм (новый стандарт).

Основными светоэлектрическими показателями камеры явля­ются разрешающая способность и чувствительность.

Разрешающая способность (разрешение)телевизионной ка­меры определяется количеством телевизионных линий (ТВЛ), формирующих изображение. Телевизионные вещательные стан­дарты SECAM и PAL предусматривают разрешение 625 ТВЛ, NTSC (в США, Японии, Канаде и некоторых странах Латинской Америки) — 525 ТВЛ. Для телевизионных камер видеонаблюде­ния систем охраны требуемое разрешение ниже или выше в зави­симости от решаемых задач. В будущем предполагается переход телевизионного вещания на формат высокой четкости с удвоенным разрешением.

Четкость изображения на экране монитора зависит не толь­ко от разрешения телевизионной камеры, но и от разрешения мо­нитора и полосы пропускания линии связи камеры с монитором. Для безыскаженной передачи видеосигнала телевизионной камеры полоса пропускания линии связи должна быть не менее ширины спектра видеосигнала. Ширина спектра видеосигнала вещательно­го стандарта при разрешении 625 ТВЛ составляет 6,5 МГ, черно-белых камер систем охраны с разрешением 300 ТВЛ — 2,75 МГц и цветных — 3,8 МГц.

Способность телевизионной камеры работать при различной освещенности оценивается двумя показателями: чувствительнос­тью и минимальной освещенностью объекта наблюдения.

Чувствительностькамеры характеризуется минимальной ос­вещенностью ПЗС-матрицы, при которой обеспечивается заданное качество изображения. Для получения изображения хорошего ка­чества необходимо обеспечить отношение сигнал/шум на выходе камеры около 50 дБ. При отношении сигнал/шум около 30 дБ на экране монитора видны помехи в виде беспорядочных точек («снега»), минимально-допустимое отношение сигнал/шум — 20-24 дБ. В соответствии с этим минимально-допустимым отношением сиг­нал/шум определяется реальная чувствительность телевизионной камеры в отличие от предельной, когда размах сигнала равен разма­ху шумовой реализации. В этом случае на изображении практичес­ки, кроме шумов, ничего не видно. Реальная и предельная чувстви­тельности телевизионной камеры различаются примерно в 10 раз. Обычной считается чувствительность порядка долей лк (для чер­но-белых камер) и единиц лк (для цветных). Телевизионные каме­ры высокой чувствительности работоспособны при освещенности порядка 0,01 лк.

Яркость изображения на ПЗС-матрице пропорциональна осве­щенности объекта наблюдения, коэффициенту отражения его повер­хности и светосиле объектива. Поэтому при обозначении чувстви­тельности камеры в единицах освещенности объекта наблюдения указывается кроме его освещенности также коэффициент отраже­ния и F-число объектива. Обычно минимальная освещенность рас­сматривается для объектов с коэффициентом отражения 0,75 и объ­ективов камеры с F = 1,4. При этих условиях освещенность ПЗС мат­рицы будет примерно в 10 раз меньше, чем объекта наблюдения.

Так как телевизионная камера обладает собственными шума­ми, то при уменьшении освещенности объекта снижается отноше­ние сигнал/шум на выходе камеры. Повышение чувствительности телевизионной камеры, расширяющее возможности применения камеры для скрытого наблюдения, проводится по следующим на­правлениям:

•применение высокочувствительных ПЗС-матриц и светосиль­ных объективов;

•применение электронно-оптических преобразователей-усили­телей (ЭОП) яркости изображения;

•использование адаптивных режимов накопления и считыва­ния заряда в ПЗС-матрицах.

Повышение чувствительности ПЗС-матриц достигается умень­шением потерь света из-за малой площади светочувствитель­ных элементов, которые занимают только около 10% площади ПЗС-матрицы. Остальную часть ее площади занимают каналы переноса зарядов при их^считывании. Применение микролинз перед поверхностью ПЗС-матрицы позволяет в 3-4 раза повысить чувс­твительность ПЗС-матрицы без линз. К другим мерам повыше­ния чувствительности относится поиск материалов с более высо­кой чувствительностью в видимом диапазоне, с меньшим уровнем шума считывания, который уменьшает шумы видеосигнала, а так­же снижение влияния свечения транзисторов выходного устройс­тва ПЗС-матрицы, создающей засветку изображения на ней.

Электронно-оптические преобразователи, применяемые в при­борах ночного видения, усиливают в десятки тысяч раз свет от объ­екта наблюдения и позволяют приблизить чувствительность теле­визионной камеры к чувствительности зрительной системы чело­века (около 10~4 лк). Их широкое использование сдерживается вы­сокой стоимостью и низкой надежностью.

Для повышения чувствительности используется также воз­можность ПЗС-матрицы накапливать энергию светового сигна­ла между моментами считывания эквивалентных электрических сигналов. При накоплении п одинаковых сигналов отношение сиг­нал/шум увеличивается в √n раз. ПЗС-матрицы с накоплением до­стигают чувствительности (4—5)10~5 лк, т. е. позволяют наблюдать объекты в ночных условиях.

Телевизионная камера, так же как и фото- или кинокамера, со­держит устройства, обеспечивающие требуемую выдержку и глу­бину резкости, а также устройства электронного преобразования видеосигнала, обеспечивающие повышение качества изображения. Основными такими устройствами являются электронный затвор, автоматическая диафрагма, устройство автоматической регу­лировки усиления видеосигнала.

Электронный затворопределяет время выдержки (длитель­ность накопления зарядов ПЗС-приборами при проекции на них оптического изображения) электронным способом. Электронный затвор обеспечивает изменение выдержки от долей секунд до 1/100000 с, что позволяет наблюдать быстродвижущиеся объекты в широком диапазоне освещенности. Автоматический электрон­ный затвор автоматически изменяет выдержку при изменении ос­вещенности.

Автоматическая диафрагмаизменяет относительное отвер­стие объектива в зависимости от освещенности объекта наблюдения и требуемой глубины резкости, что особенно важно для обес­печения четкости изображений открытых площадок, коридоров и длинных помещений.

Автоматическая регулировка усиленияв электронной схеме i камеры поддерживает требуемый уровень сигнала на выходе видео-усилителя при изменении на 15-20 дБ и более уровня сигнала на | выходе ПЗС матрицы — входе видеоусилителя.

Применяемая в видеоусилителе гамма-коррекция (γ-коррекция) видеосигналаулучшает качество изображения на экране j приемной электронно-лучевой трубки. Необходимость коррекции вызвана нелинейной зависимостью яркости свечения люминофо­ра экрана от амплитуды видеосигнала, которая аппроксимируется параболической функцией с показателем у = 2,2. Гамма-коррекция предусматривает введение нелинейности коэффициента усиления видеоусилителя с у = 0,25-0,45.

Яркость разных участков изображения может существенно от­личаться, а автоматический затвор и устройство АРУ реагируют на усредненные значения яркости изображения. При попадании в поле зрения камеры, например, горящей электрической лампочки темные участки изображения становятся на экране монитора еще темнее, а яркие создают засветку изображения. В камерах с ком­пенсацией засветки («света сзади»)опорная освещенность для автоматической установки выдержки и регулировки усиления оце­нивается по яркости центральной части изображения на ПЗС-матрице.

Электрический сигнал с выхода вакуумной передающей труб­ки или ПЗС усиливается и передается по кабелю или в виде радио­сигналов к телевизионному приемнику. Последний выполняет об­ратные функции, преобразуя электрический сигнал в изображение, яркость каждого элемента которого эквивалентна амплитуде соот­ветствующего сигнала. Формирование изображения производится на экране приемной масочной вакуумной трубки (кинескопа) или плоских панелей.

В вакуумной приемной телевизионной трубке (кинескопе) изображение создается на ее экране с люминофором электронным лучом, модулируемым электрическим сигналом изображения и от­клоняемым по горизонтали (строке) и вертикали (по кадру) син­хронно с траекторией отклонения луча передающей трубки или считывания с ПЗС. Синхронность обеспечивается путем переда­чи синхронизирующих сигналов в виде групп импульсов, момен­ты формирования которых соответствуют границам строк и кад­ров. Синхроимпульсы совместно с сигналом изображения образу­ют полный телевизионный сигнал. В приемнике из полного теле­визионного сигнала выделяются синхроимпульсы, которые синх­ронизируют работу устройств кадровой и строчной развертки. Эти устройства формируют сигналы, при прохождении которых по ка­тушкам отклонения, надетым на горловину кинескопа, создаются магнитные поля, отклоняющие электронный луч.

Но вакуумные приемные телевизионные трубки громоздкие, тяжелые, хрупкие, нуждаются в высоковольтном (20-25 кВ) источ­нике постоянного тока, устройства развертки потребляют доста­точно большую мощность, создаваемые трубкой поля, не безвред­ны для человека. Будущее за панелями.

Известно несколько типов плоских панелей для телевизион­ных приемников, но наиболее успешно развиваются газоразряд­ные и жидкокристаллические панели.

Газоразрядную панель образуют два плоскопараллельных стекла, между которыми размещены миниатюрные газоразрядные элементы. В инертном газе газоразрядного элемента под действи­ем управляющих сигналов, формируемых микропроцессором ус­тройства синхронизации и подаваемых на прозрачные электроды одного или обоих стекол, возникает разряд с ультрафиолетовым излучением. Это излучение вызывает свечение нанесенного на пе­реднее или заднее стекло люминофора одного цвета черно-белой панели или люминофоров красного, зеленого или синего цветов цветной панели. Например, газоразрядная панель японской фирмы NHK имеет формат экрана 874 х 520 мм, 1075200 элементов с ша­гом 0,65 мм, толщину 6 мм и вес 8 кг. Газоразрядные панели име­ют высокую яркость, позволяющую создавать контрастное изобра­жение даже при солнечном свете.

Основой жидкокристаллической панели служат также две плоскопараллельные стеклянные пластины. На одну из них нане­сены прозрачные горизонтальные и вертикальные токопроводящие электроды. В местах их пересечения укреплены пленочные тран­зисторы, два вывода которых соединены с электродами на стекле, а третий образует обкладку конденсатора. Вторую пластину кон­денсатора представляет прозрачный металлизированный слой на второй стеклянной пластине, расположенной параллельно первой на расстоянии, измеряемом микронами. Между пластинами поме­щено органическое вещество (жидкий кристалл), поворачивающее под действием электрического поля угол поляризации проходяще­го через него света. С двух сторон панели укреплены поляроидные пленки, углы поляризации которых повернуты на 90° относитель­но друг друга.

Растр телевизионного изображения формируется сигналами, генерируемыми устройством синхронизации и подаваемыми на электроды стеклянных пластин. При подаче на эти электроды на­пряжения в точке их пересечения конденсатор заряжается и воз­никает электрическое поле между соответствующими обкладками конденсатора. В зависимости от величины напряжения изменяет­ся угол поляризации жидкого кристалла между обкладками кон­денсатора. При отсутствии напряжения и, соответственно, элект­рического поля жидкий кристалл поворачивает угол поляризации света от лампы подсветки на 90°, в результате чего свет свобод­но проходит через поляроидные пленки. В зависимости от напря­жения на обкладках конденсатора угол поляризации может изме­няться от 90° до 0°, а прозрачность ячейки панели — от максималь­ной до непропускания света. Панель цветного телевизора содержит красный, зеленый и синий светофильтры, образующие триаду эле­мента разложения изображения.

Разрешение, яркость, контрастность жидкокристаллических мониторов приближаются к аналогичным характеристикам мони­торов на электронно-лучевых трубках, ЖК-мониторы уступают по инерционности, но существенно превышают мониторы на элект­ронно-лучевых трубках по масса-габаритным характеристикам, 1 энергопотреблению и экологическим показателям.

Широкополосность аналогового телевизионного сигнала и большой объем значений пикселей цифрового телевидения созда­ют проблемы при их консервации. При записи видеосигнала на маг­нитную ленту скорость перемещения ленты относительно записы­вающей головки видеомагнитофона должна составлять 5-6 м/с, что неприемлемо при реализации принципов записи, применяемых в аудиомагнитофонах.

В видеомагнитофонереализован комплекс мер. обеспечиваю­щих качество изображения, близкое к телевизионному, при прием­лемых потребительских показателях видеомагнитофона и видео­кассеты (габаритах, весе, времени записи на кассете). С этой целью сокращают полосу частот до 4-6 МГц, а для уменьшения линейной скорости перемещения магнитной ленты производится поперечно-строчная (поперек ленты) и наклонно-строчная (под острым углом к направлению движения ленты) запись видеосигналов на магнит­ную ленту с помощью вращающихся одной или нескольких (до 4) головок. Сигналы звукового сопровождения и управления записы­ваются на боковых краях магнитной ленты.

Такие методы записи видеосигналов позволяют при сохране­нии высокой скорости движения ленты относительно головки зна­чительно уменьшить ее продольную скорость и обеспечить при­емлемое время записи на одной кассете. Для уменьшения влия­ния паразитной амплитудной модуляции из-за переменного кон­такта головки с лентой применяют частотную модуляцию с пере­менным индексом модуляции для разных частот и записывают на ленту частотно-модулированный сигнал. Кроме того, сохранение требуемых временных соотношений достигается применением вы­сокоточного лентопротяжного механизма, систем автоматического регулирования электродвигателями и цифровых корректоров вре­менных искажений.

Видеомагнитофоны с поперечно-строчной записью обеспечи­вают высокое качество изображения и звукового сопровождения, но они громоздкие и сложны в эксплуатации. Конструктивно более простыми являются профессиональные и бытовые видеомагнито­фоны с наклонно-строчной записью.

В зависимости от требований к качеству записи и соответству­ющей скорости «лента-головка»» применяют ленты шириной 50,8, 25,4, 19, 12,65 мм и менее. Широкая лента используется в профес­сиональных видеомагнитофонах, 12,65 мм и менее— в бытовых. Разнообразие значений ширины ленты в сочетании с разными спо­собами записи обусловило множество форматов записи: для ленты шириной 50,6 мм — Q, 25,4 мм — В, С, 19,05 мм — U, 12,65 мм -L, Mil, VHS, Beta и др. В бытовой видеозаписи наибольшее рас­пространение получили форматы VHS и Beta. Видеофонограммы формата VHS для отечественной бытовой аппаратуры имеют сле­дующие параметры :

•скорость головки относительно ленты — 4,85 м/с;

•продольная скорость ленты — 23,39 мм/с;

•ширина видеострочки — 0,04 мм;

•ширина дорожки звука — 0,3 мм;

•ширина дорожки управления — 0,75 мм;

•угол наклона строчки относительно края ленты — около 6 град.

Малая продольная скорость ленты позволяет на стандартной кассете с размерами 188 х 104 х 25 мм производить непрерывную запись изображения в течение 3-5 часов (в зависимости от толщи­ны и длины ленты).

В целях повышения качества изображения развивается циф­ровая видеозапись в форматах D1-D5, а в интересах сокращения размеров и веса, что важно для решения задач по добыванию ин­формации, — переход на малогабаритные кассеты. На базе ши­роко применяемого формата VHS предложены форматы VHS-C (для кассеты с размерами 92 х 59 х 22,5 мм), S-VHC, Video 8 (95 х 62,5 х 15 мм, ширина ленты 8 мм) и малогабаритная кассе­та МК (102 х 63 х 12 мм с шириной ленты 3,8 мм). Формат S-VHC обеспечивает разрешение 440 ТВЛ вместо 330 для формата VHC. В современных видеомагнитофонах удается также снизить про­дольную скорость ленты до 1 см/с и менее с соответствующим уве­личением времени записи. Например, в цифровом видеомагнито­фоне EV-A80 (Sony) достигнута скорость ленты 0,6/0,3 см/с, время записи в формате V-8 — 540/1120 мин с разрешением 250 строк.

Аналоговые видеомагнитофоны постепенно заменяются на цифровые, в качестве вторичных носителей информации в кото­рых используются жесткие диски или энергонезависимая память.

При существующих стандартах на параметры телевизионных . средств наблюдения их разрешение на порядок хуже разрешения фотоснимков. Для повышения четкости изображения увеличива­ют в 2 раза разрешение и частоту кадров. Но при этом соответс­твенно увеличивается ширина спектра телевизионного сигнала со всеми вытекающими из этого недостатками. Для уменьшения по­лосы изображение предварительно сжимают. Для телевизионного наблюдения в ИК-диапазоне применяют телевизионные камеры с ПЗС, чувствительными к ИК-лучам. Для наблюдения в оптическом диапазоне применяют также ла­зеры, лучи которых в видимом или ИК-диапазонах подсвечивают объекты в условиях низкой естественной освещенности. Для этой цели луч лазера с помощью качающихся зеркал сканирует про­странство с наблюдаемыми объектами, а отраженные от них сиг­налы принимаются фотоприемником так же, как при естественном освещении.

Видеопередатчики систем скрытого наблюдения работают в диапазоне частот от 60 МГц до 2,3 ГГц и выше. Их мощность со­ставляет от 40 мВт до 50 Вт, при этом обеспечивается дальность передачи от нескольких метров до 20 км. Например, дальность пе­редачи миниатюрного передатчика РК5115 при мощности 1,5 Вт на частоте 236 МГц составляет 400 м. Для увеличения дальности передачи используются специальные ретрансляторы.

Для приема телевизионных радиосигналов используются как телевизионные приемники широкого применения, так и специаль­ные. Например, аудио- и видеоприемник РК 625 обеспечивает при­ем аудио- и видео-сигналов в диапазоне от 60 МГц до 1,2 ГГц, а видеоприемник RX 100 — в диапазоне 1,2-2,3 ГГц. Видеоприемники имеют встроенные микропроцессоры, автоматизирующие опе­рации по поиску и приему сигналов. Например, видеоприемник РК 6625 имеет 100 программируемых каналов памяти, 24-часовой таймер и автоматический режим поиска видеосигналов.