Установка системы видеонаблюдения своими руками: рекомендации экспертов

Как вывести изображение с камеры на монитор?

Мы общаемся со многими клиентами, которые ищут решение для отображения качественного видео на мониторе (или телевизоре) с одной или нескольких видеокамер. Некоторые из этих клиентов не заинтересованы в записи видео на видеорегистратор. Они просто хотят, чтобы изображение на мониторе просматривалось в реальном времени. Другие используют видеорегистратор, но они хотят, чтобы один или несколько мониторов, постоянно отображали в режиме реального времени с определенных камер. Мы работали над многими из этих проектов с заказчиками систем видеонаблюдения для бизнеса и дома и сегодня расскажем про 4 наиболее распространенных решения по выводу изображения с видеокамеры на монитор или телевизор.

Вот 4 решения для рассмотрения:

• Камера видеонаблюдения с монитором — если вы ищете систему, которая включает в себя камеру безопасности и монитор, это то, что вам нужно.
• Конвертер BNC в HDMI — если вы хотите использовать свой собственный монитор или телевизор, эти системы поставляются с камерой HD и конвертером HDMI, чтобы вы могли видеть изображение с камеры в режиме реального времени на любом телевизоре.
• Видеомультиплексор — Хотите отображать более одной камеры на экране? Видеомультиплексоры теперь работают с HD-камерами 1080p и выпускаются в 4-х, 9-ти и 16-ти канальных моделях. Выход HDMI делает их совместимыми практически с любым телевизором.
• Видеорегистратор с выходом под монитор — Они имеют выход, который не зависит от основного дисплея DVR.

Эти решения подробно объясняются ниже.

Как выбрать камеру видеонаблюдения?

Чтобы установить видеонаблюдение для дома (дачи) своими руками, необходимо прежде всего определиться с количеством видеокамер и их задачами (см. табл. 1).

Таблица 1 . Выбор разрешения камеры в соответствии с задачами видеонаблюдения

Задача видеонаблюдения

Минимальное разрешение видеокамеры, пиксель/метр

Обзорное наблюдение, обнаружение движения

Определение номера автомобиля

Распознавание «знакомых» людей

Распознавание «незнакомых» людей

Величина «пиксель на метр» является частным от разрешения камеры по горизонтали, деленного на ширину зоны обзора камеры. Ширину зоны обзора камеры можно определить самостоятельно рулеткой или дальномером, а также с помощью специальных онлайн-калькуляторов, если вам известно фокусное расстояние объектива камеры.

Также при выборке камеры следует изучить следующие ее характеристики:

1. Разрешение камеры, измеряемое в мегапикселях (Мрх), определяется количеством активных пикселей-сенсоров, размещенных на видеоматрице. Они преобразуют световой поток в электрические импульсы, которые затем декодируются в изображение на мониторе при помощи специального микрочипа, также выполняющего роль электронного затвора. Для получения изображения в формате Full HD (1920х1080) достаточно разрешения 2.1 Мрх, что легко проверить, если умножить количество точек на дюйм. Можно сказать, что экономически оправданным решением на больших территориях является комбинированное применение нескольких видеокамер с разрешением 1–2 Мрх и одной-двух 3–5 Мрх — для установки в местах, где может потребоваться высокая детализация и масштабирование изображения. Для квартирных и дачных нужд устройства с высоким разрешением скорее всего не потребуются вовсе. Ориентиры для расчета количества пикселей в целях задач видеоконтроля приведены в таблице 1 (см. выше).

Это важно

Вопреки широко распространенному убеждению, не количество мегапикселей определяет качество изображения — хотя в известной степени это так — а технологии изготовления видеоматрицы, увеличенный размер пикселей, качество материала сенсоров, применение микролинз, ускоренная работа «электронного затвора» и многие другие технологические факторы. Так, современные американские CMOS-матрицы OmniVision OV2710 и Aptina AR0330 с разрешением 2,1 и 3,5 Мрх соответственно имеют существенно лучшую светочувствительность и меньший уровень шумов чем их 5- мегапиксельные предшественницы.

2. Тип матрицы :

• CCD (Couple Charged Device), он же — ПЗС (прибор с зарядовой связью);
• CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), он же — К-МОП (комплементарный металл-окисел-полупроводник), он же — К-МДП (комплементарный металл-диэлектрик-полупроводник).

Матрица CCD требовательна к климатическим условиям и может повреждаться даже от прямых лучей солнца или сезонных температурных перепадов, поэтому не следует ее рассматривать для уличных камер. Кроме того, CCD-сенсоры с высоким разрешением, превосходящие по качеству изображения CMOS-матрицы, стоят в разы дороже последних и используются только в профессиональных камерах наблюдения, имеющих необходимую защиту и оптику. Сенсорные видеопанели CMOS последнего поколения ничуть не уступают CCD-матрицам, по крайней мере, не эксперт в спецтехнике разницы не увидит, зато будет хорошо заметен эффект экономии при создании системы видеонаблюдения своими руками.

3. Размер матрицы по диагонали, измеряемый в долях дюйма: ½ (12,7 мм), ⅓ (8,47 мм) или ¼ (6,35 мм). Казалось бы, чем больше площадь матрицы, тем большее количество сенсорных элементов она может уместить — это так. Однако в бюджетных моделях, не имеющих качественных светосильных объективов, данное правило не работает. Например, в матрице 5 Мрх будет задействована только ее центральная область, дающая на выходе только 2,1 Мрх, то есть формат Full HD — ни больше, ни меньше. Это еще раз доказывает тот факт, что такие параметры, как размер и разрешение матрицы, имеет смысл рассматривать только в комплексе с другими характеристиками камеры, в первую очередь с типом и функционалом объектива.

4. Частота кадров в секунду: от 8 до 30 FPS. Для «неподвижных сцен», таких как парковка, вполне достаточно и 8 FPS, но вот для наблюдения за оживленной трассой потребуется не менее 30 FPS, особенно если возникнет необходимость распознавания автомобильного номера. Здесь важно обращать внимание на то, при каком разрешении поддерживается максимальная скорость записи, поскольку в рекламных целях могут быть заявлены 30 FPS, но по факту окажется, что они доступны только для разрешения 640х480, а не для желаемого Full HD.

5. Светочувствительность камеры, обозначаемая в люксах (лк), для сумеречных условий эксплуатации начинается от 1 лк, а для ночных — от 0,01 лк. Она пропорциональна физической величине сенсорных элементов, расположенных на матрице: чем больше площадь поверхности пикселей, тем выше светочувствительность. Но технологически ее можно увеличить и применением микролинз, которые размещаются над и между сенсорами для улучшения качества захвата изображения и привлечения дополнительного светового потока.

Напомним, что скорость преобразования света в электричество и далее — в изображение определяется скоростью его накопления в сенсорных элементах. То есть активность пикселей зависит от освещенности. В темноте заряд в этих элементах накапливается медленно, например, не за 1/10 000 секунды как солнечным днем, а за 1/30 секунды. Следовательно, за «лишнее» время перед считыванием информации в пикселях собираются «электронные» шумы, что влияет на качество изображения и цветность. Если частота кадров составляет также 30 FPS (1/30 секунды), то требуется либо «вручную» сократить время экспозиции (выдержку), что приведет к затемнению кадра, поскольку заряд не будет успевать накапливаться на сенсоре, либо сократить само время накопления заряда в 4–5 раз (до 1/120–1/150 секунды ночью), что возможно только с применением более совершенных матриц. Скорость срабатывания электронного затвора видеокамеры может быть отрегулирована при помощи встроенной функции Sens-UP (или DSS ), а технологии подавления шума DNR (3D-DNR, 2D-DNR, SSNR) помогают облегчить «вес» видеопотока (объем записываемых данных), одновременно улучшая качество картинки.

6. Оптический объектив и зум могут быть:

• с постоянным, изменяемым вручную или дистанционно фокусным расстоянием (обычно лежит в диапазоне 4–9 мм);
• с фиксированной или управляемой ( Direct Drive или Video Drive ) диафрагмой;
• с автоматической регулировкой освещенности при помощи диафрагмы для выделения (затемнения) объекта на фоне наиболее освещенных участков кадра ( ALC );
• с компенсацией задней засветки ( BLC );
• с автоматическим балансом белого ( AWB ) и подстройкой баланса белого под изменяющуюся освещенность ( ATW );
• с расширенным динамическим диапазоном с цифровой обработкой сигнала для повышения качества ярких и темных участков на одном кадре ( D-WDR или просто WDR ); в аналоговых системах видеонаблюдения данная технология позволяет расширить динамический диапазон в 3 раза от среднего значения (с 40 до 120), но здесь важно обращать внимание не на наличие самой функции, а на ее заявленное числовое выражение, которое должно приводиться производителем, но на деле указывается далеко не всегда;
• с выборочной компенсацией для улучшения контраста и цветности объектов (с «адаптивным воспроизведением тона») при наличии ярких и темных участков кадра ( ATR );
• с защитой от встречного направленного засвечивания, в процессе которой источник света захватывается и область попадания его лучей на матрицу затемняется ( HLI );
• с автоматической регулировкой усиления видеосигнала — в 4–10 раз (в интервале 12–20 дБ) — при пониженной освещенности объекта ( AGC );
• с цифровым увеличением для просмотра отдельных участков области охвата камеры в увеличенном масштабе и без потери качества, для детального рассмотрения нужных точек обзора ( ePTZ );
• с детекцией движения объектов, настраиваемой по уровню чувствительности и расположению на картинке: кадр зонируется на определенное количество (несколько сотен) квадратов, а при фиксации в них подозрительной активности происходит выделение объекта и увеличение яркости в зоне его нахождения — это повышает вероятность обнаружения и записи нежелательных событий ( MD );
• с другими функциями или без них.

Не стоит забывать, что до матрицы свет проходит через объектив. Качество, светосильность и оптическое разрешение последнего также должно соответствовать уровню установленного видеосенсора, по крайней мере, не занижать его искусственно.

7. Инфракрасная подсветка представляет собой совокупность ИК-диодов (или коллиматоров), расположенных по периметру объектива, которые излучают невидимый человеческому глазу (но воспринимаемый видеоматрицей) свет инфракрасного спектра (720–940 нм) в зону видеоконтроля. Дальность действия ИК-подсветки (как и цена камеры) может варьироваться в достаточно широком диапазоне — от 5 до более 100 м. Иногда на высокую дальность применяются специальные инфракрасные прожекторы, которые существенно снижают нагрузку на канал связи, поскольку черное изображение дает огромный битрейт. Очевидно, что камеры с ИК-подсветкой нужны на объектах, где значительная часть наблюдения ведется в ночное время.

Для автоматизации работы ИК-подсветки разработана функция Smart-IR , которая регулирует интенсивность излучения ИК-диодов. Дело в том, что инфракрасная подсветка может приводить к заливу одной части кадра белым цветом, оставляя другую неразличимо темной. Это может быть связано с неправильным подбором мощности ИК-диодов либо с неудачной конструкцией прожектора. Первая проблема решается при помощи Smart-IR , которая вместо примитивного включения/выключения подсветки на основе анализа освещенности объекта контролирует мощность ИК-излучения в зависимости от его приближения/удаления, не давая засвечивать отдельные области изображения. Оставшуюся работу процессор «доделывает» при помощи вышеуказанной функции D-DWR.

Другая технология для борьбы с этой же проблемой — IR-cut (или ICR , называемая также «день-ночь» ) — ИК-фильтр, устраняющий избытки ИК-отражения, не видимые глазом и тем самым предотвращающий искажение и засвечивание картинки. Функция IR-cut задействуется только в период нормальной освещенности и выключается в условиях темноты, делая доступным для видеосенсора полный излучаемый диапазон, который затем выводится в виде черно-белого изображения, чтобы цвета не вносили свои искажения в кадр.

8. Микрофон (встроенный, выносной или отсутствует).

9. Корпус (антивандальный, пластиковый и т.д.).

Итак, одними из важнейших параметров, на которые нужно обратить внимание при выборе видеокамеры, являются ее разрешение, размер матрицы и частота кадров при наблюдении и записи. Чем они больше, тем выше детализация изображения, но тем выше нагрузка на линии связи. Это очень важный момент! Каналы связи и архивация данных потребуют серьезных ресурсов, если соблазниться на высококачественное видео.

От некоторых людей можно услышать критику в адрес камер, работающих с низкой «раскадровкой» — всего 8 FPS (кадров в секунду). Но подумайте сами, какой злоумышленник обладает такой скоростью реакции, которая позволит уклониться от съемки за время менее 0,125 с, то есть за одну восьмую секунды? При этом низкая частота кадров существенно экономит трафик, поскольку при тех же ресурсах связи можно, например, вместо одной камеры 24 FPS поставить целых три 8 FPS. Если ваша цель — не домашнее видео, а безопасность охраняемого объекта, такой скорости будет достаточно.

На заметку

Некоторые специалисты умеют модернизировать камеры видеонаблюдения подручными средствами, что позволяет добиться значительной экономии. Например, они используют обычную глазную оптику — минусовые линзы на 10–15 диоптрий — для увеличения угла обзора камеры примерно на 50% от номинального, или же герметизируют хрупкие WEB-камеры во всепогодные кожухи из-под галогеновых проекторов с добавлением внутрь силикагеля для регулировки влажности. Очевидно, что кружок «сделай сам» скорее всего вам не подходит, но кто знает, какие решения вы выберете, набравшись опыта?

Преимущества и недостатки этого метода

Прежде, чем начать тратить деньги, силы и время на выбор и покупку оборудования, стоит оценить все плюсы и минусы принятого решения. Ведь не зря же многие пользователи при организации видеонаблюдения отдают предпочтение более серьезной аппаратуре, а не выгодным и простым в использовании вебкам.

Преимущества использования веб-камеры для видеонаблюдения:

• монтаж и использование устройства осуществляется предельно просто, без помощи специалистов;
• возможность приобретения действительно качественных моделей веб-камер, обеспечивающих высокое разрешение и отличное качество изображения даже на определенном расстоянии;
• довольно низкая стоимость оборудования, поскольку оно не работает автономно и не содержит кучу «начинки»;
• возможность расширения функционала камеры за счёт дополнительных устройств (например, в комплекте с датчиком движения устройство сможет работать не круглосуточно, а только тогда, когда в поле ее зрения что-то происходит).

Недостатков у видеонаблюдения через веб-камеру не так уж и много, но не стоит считать их незначительными:

• камера не работает без подключения к включенному компу (в момент выключения ПК выключается вся система – приостанавливается и наблюдение за объектом, и запись видео с камеры);
• поскольку веб-камера подключается к компьютеру через USB-кабель, она не сможет располагаться от него слишком далеко.

Учитывая всё вышесказанное, можно сделать следующий вывод: для бытовых задач, когда нужно лишний раз убедиться в безопасности определённого объекта, прекрасно подойдёт видеонаблюдение с помощью хорошей веб-камеры. Если же предполагается осуществление тщательного контроля над достаточно большой территорией (супермаркетом, складом и т.д.), лучше использовать более серьезную технику с высокой чёткостью изображения и возможностью одновременного отображения сразу нескольких камер.

Установка и настройка системы

Монтируются камеры над дверью в подъезде жилого дома либо в незаметном для посторонних людей месте. Для ее подключения к ПК и последующей настройке трансляции потребуется сделать следующее:

1. Подсоединить кабель от камеры к USB входу ноутбука или персонального компьютера.
2. Установить основное и дополнительное ПО.
3. Программным способом настроить трансляцию по местной линии связи.

К настроечным процедурам относят также налаживание удаленного видеонаблюдения.

Организация удаленного наблюдения

Нередко одной только записи видео с камеры на диск ПК или ноутбука с последующей возможностью просмотра недостаточно. Многие пользователи предпочитают просматривать происходящее на контролируемом пространстве в режиме онлайн. Таким образом они планируют сделать из web-камеры IP камеру.

Грамотно организованное удаленное видеонаблюдение обеспечивает следующие возможности:

• доступ к веб-камере и просмотр происходящего посредством любых регистрирующих устройств;
• запись архивной информации на сервер разработчика с дальнейшим выборочным просмотром через Интернет – благодаря этому удается сэкономить на занимаемом пространстве в оборудовании пользователя;
• удаленное прослушивание и запись звукового сопровождения.

Прямая связь по Интернету позволит настроить систему отправки тревожных извещений на мобильный телефон или на электронный ящик пользователя. Последние передаются при изменении картинки или обнаружении на общем фоне посторонних шумов.

Магнитное излучение

Магнит — еще один из способов вывода камеры видеонаблюдения из строя. Но он требует доступа к открытой части кабеля; метод реализуемый, но требует соблюдения нескольких условий.

Главное — сила магнитного поля должна быть либо очень большой, либо нестабильной, достаточной для создания помех в работе камеры.

Отключается камера следующим образом:

• Обнаруживается открытый участок проводки, по которой передаются данные.
• Мощный магнит остается на нем на протяжении определенного временного отрезка.
• Первый эффект воздействия магнитного излучения будет заметен спустя тридцать минут — появятся помехи, после чего изображение пропадет, а передача данных прекратится.

При взломе стоит учитывать, что существует разновидность IP-камер, оснащенных специальными протоколами, направленными на защиту передачи данных. Их работа заключается в устранении ошибок и трансляции изображения даже при наличии сильных помех. Теперь вы знаете, какие существуют способы вывода из строя камер. При монтаже их обязательно нужно учитывать, чтобы злоумышленники не смогли принести вред вашему имуществу.