Чем различаются видеокамеры

Статья написана с целью помочь читателю разобраться во всем многообразии видеокамер, представленных на современном рынке систем безопасности.

Несколько слов об устройстве видеокамер:
В грубом приближении Видеокамера состоит из Объектива, светочувствительной ПЗС-матрицы, Микрочипов формирующих выходной сигнал, в некоторых моделях камер используется цифровой процессор для достижения более высоко качества при той же элементной базе.

Светочувствительная матрица ПЗС - именно она занимается преобразованием световой энергии в электрическое напряжение пропорционально освещенности каждого пиксела.

Пиксел - это один элемент ПЗС матрицы (фототранзистор). В зависимости от того, сколько таких элементов располагается на матрице, различают ее разрешение.

Разрешение измеряют по вертикали и горизонтали, соответственно сколько столбцов и строк применяется в матрице. Чем выше разрешение тем четче изображение полученное с помощью видеокамеры. Это достигается за счет того что, чем больше пикселов описывают один и тот же участок картинки, тем большую мы получаем детализацию. Поэтому для распознавания лиц, автомобильных номеров, предметов значительно удаленных от видеокамеры лучше применять видеокамеры с высоким разрешением.

Разрешение видеокамеры принято измерять в ТВл (телевизионных линях). ТВл составляют 3/4 от количества пикселов в матрице по горизонтали. Высокое разрешение для черно-белых видеокамер это 580 ТВл и выше, стандартное от 420 ТВл до 580ТВл. Для цветных высокое разрешение это 540ТВл и выше, стандартное 380ТВл. Следует отметить, что для цветных видеокамер добиться высокого разрешения сложнее, т.к. световой пучок разделяется на три составляющие красный, зеленый, синий с помощью специального светофильтра. Светофильтр позиционируется над ПЗС матрицей таким образом, чтобы над каждым пикселом шло чередование цветов RGB. Применение такой технологии накладывает большие ограничение на расстояние между соседними пикселами, этим обусловлено меньшее разрешение цветных видеокамер и их более высокая стоимость.

Поэтому для там где требуется от видеокамер высокая детализация для качественного распознавания (например, автомобильных номеров, людей) лучше применять камеры с высоким разрешением. Для других типовых задач решаемых с помощью видеонаблюдения часто достаточно видеокамер со стандартным разрешением.

Следующий важный параметр матрицы ПЗС это чувствительность. Чем выше чувствительность тем лучше видеокамера видит при условиях плохой освещенности объектов. Чувствительность измеряется в люксах (Лк). В характеристиках видеокамеры обозначается минимальный порог освещенности при котором камера способна различать объекты. Стандартное значение чувствительности для черно-белых видеокамер это 0,01 Лк, высокая чувствительность это 0,001Лк. Существуют несколько способов с помощью которых производители увеличивают данный параметр: применение микро-лизн перед каждым пикселом матрицы (технология называется Super HAD), применение светочувствительных элементов у которых диапазон работы смещен в сторону ИК излучения (Ex-View).

На практике высокочувствительные характеристики видеокамеры способны проявиться только при работе совместно с внешним ИК излучением (например ИК прожекторы), без дополнительной ИК подсветки не стоит ждать, что высокочувствительная камера будет лучше видеть в темноте, чем камера со стандартной чувствительностью. Здесь результат больше даже зависит от производителя камеры, качества используемых микрочипов. Может получиться такая ситуация, что видеокамера от хорошего производителя со стандартным разрешением будет лучше видеть в темноте, чем высокочувствительная камера от производителя, заботящегося о качестве не в первую очередь и применяющем дешевые микрочипы (микросхемы).

Следует сказать, что от микрочипов и их обвязки зависит не только чувствительность, но и другие важные параметры. На рынке представлено очень много видеокамер и подавляющее большинство их построены на японской ПЗС матрице Sony. Звучит красиво, но за этой красивой характеристикой могут скрываться подводные камни. Производители снижая стоимость видеокамеры применяют дешевые микрочипы и дешевую их обвязку (конденсаторы, резисторы), что сказывается в первую очередь на долговечности камеры. Например, видеокамеры компании KT& C, построенные на чипах Sony, способны проработать десятки лет, Sungwang, хоть и применяют такие же чипы Sony, но за счет более дешевой обвязки лет через пять эксплуатации, у некоторых камер может снизится качество изображения (не все конечно, процентов 10). Камеры построенные на чипах Sharp, если мы хотим построить долговечную систему, лучше не применять. Через несколько лет эксплуатации с ними могут начаться проблемы (вплоть до выхода половины видеокамер из строя при банальном скачке напряжения в сети). Эти же слова можно сказать и о ПЗС матрицах Sharp, качество в сравнении с матрицей Sony с такими же параметрами значительно уступает последнему.

Также дешевые микрочипы, ухудшают качество сигнала и хуже отрабатывают изменения освещенности, если речь идет об видеокамерах с обычными объективами. Чтобы понять смысл, следует сказать несколько слов об объективах.

Объективы существуют:

• с фиксированным фокусом - имеют постоянное фокусное расстояние, и следовательно не неизменяемые углы обзора по горизонтали и вертикали. Изменять эти параметры можно только при помощи замены объектива. Являются самыми доступными по цене. Рекомендуется применять внутри помещений с постоянным уровнем освещенности.
• вариофокальные объективы - объективы с переменным фокусом. За счет ручной регулировки можно добиться с высокой точностью требуемого угла обзора видеокамеры. Также рекомендуемы к применению внутри помещений.
• объективы с фиксированной диафрагмой - предоставляют возможность ручной настрой уровня закрытия диафрагмы. Концепция такая, что при ярком солнечном свете возможностей ПЗС матрицы не хватает, чтобы в полной мере отработать столь высокую освещенность и можно столкнуться с такой ситуацией, что область куда попадает солнце будет сильно засвеченной, а область где образовалась тень будет затемненной. И в той и другой области детали изображения будут неразличимы. Это происходит ввиду того, что ПЗС матрица не способна обработать такие высокие уровни освещенности (различие в уровнях в условиях солнце тень может превышать 10000 раз), а матрица способна обработать только различие в 2000 раз. Чтобы устранить данный эффект необходимо применение диафрагмы. Диафрагма за счет уменьшения светового отверстия объектива, снижает световой поток на матрицу и позволяет ей работать в штатном режиме. Засвеченная область на выходе видеокамеры становится различима, в затененной области также становятся видны детали. Диафрагма регулируемая вручную позволяет видеокамере корректно отработать критические уровни освещенности неизменяемые в течении времени. Т.о. образом рекомендуется применение данного вида диафрагмы при уличной установке видеокамеры, в месте где освещенность в течении дня одинаковая.
• для отработки уличной установки в условиях переменной освещенности лучше применять объективы с автоматической регулировкой диафрагмы (АРД). Такие объективы можно подключить только к видеокамере предназначенной для установки данного вида объектива. Для этого камера должна обладать дополнительной элементной базой - цепью управления диафрагмой. Анализируя суммарные сигналы от всех пикселей матрицы, камера подает сигнал на объектив: открыть или прикрыть диафрагму, в зависимости от уровня освещенности. Такие объективы лучше всего подходят для применения в уличных условиях - там где обычный объектив будет терять видеоинформацию, объектив с АРД с легкостью справиться со всеми капризами природы.

Теперь, возвращаясь к разговору о микрочипах, можно сказать, что при использовании обычных объективов без АРД, вся нагрузка по обработке режима "солнце/тень" ложиться на микрочип. Чем он дешевле, тем хуже получается результат на мониторе. Хороших показателей применения обычных объективов в уличных условиях можно добиться только с помощью качественных видеокамер (например от производителей KT& C, Panasonic, МВК, Microdigital).

Следует отметить, что для работы видеокамеры на улице ей потребуется использование термокожуха. Большинство термокожухов выполнены в стальном или алюминиевом корпусе с уплотнительными резинками и имеют внутри подогреваемый элемент, который включается по сигналу термодатчика. Элемент как правило располагается непосредственно перед обзорным стеклом, предотвращая тем самым запотевание и появление конденсата на стекле. Также для небольших по размерам цилиндрических видеокамер применятся варианты, в которых в роли нагревательного элемента выступает сама видеокамера. Ее собственной температуры, которая может достигать 70 градусов по Цельсию, благодаря сжатым размерам корпуса достаточно, чтобы предотвратить появления конденсата на элементах камеры в зимнее время и тем самым обеспечить ее бесперебойную работу. Термокожухи позволяют видеокамере работать в условиях российского климата с большими перепадами температур.