TV przemysłowa / CCTV

Systemy alarmowe

Kontrola dostępu

Kamery sportowe

Partnerzy LC Security

Kamery online

Pomoc techniczna

Kamera CCTV

Kamera CCTV to specjalizowane urządzenie wizyjne, które zostało opracowane pod kątem pracy w systemach telewizji przemysłowej. Kamera przemysłowa to także podstawowy element budowy wszystkich współczesnych systemów nadzoru wizyjnego, i to właśnie od niej w bardzo dużym stopniu zależy jakość i skuteczność działania instalacji monitoringu wizyjnego.

Każda współczesna analogowa kamera przemysłowa składa się z trzech podstawowych elementów, a są to: przetwornik obrazu, obiektyw oraz układy elektroniczne. Każdy z tych trzech elementów w bezpośredni sposób wpływa na jakość wytwarzanego przez kamerę obrazu. Przetwornik to element odpowiedzialny za przetwarzanie sygnału elektrycznego na obraz, obiektyw jest układem optycznym dzięki któremu kamera „widzi”, zaś układy elektroniczne to systemy odpowiedzialne za obróbkę sygnału elektrycznego. Z reguły największy wpływ na jakość otrzymywanego obrazu ma przetwornik, jednakże nawet najlepszy przetwornik bez odpowiednio dostosowanego obiektywu i układów wspomagających (korygowanie parametrów sygnału) nie zagwarantuje nam obrazu o wysokim poziomie jakości.

Przetworniki obrazu

Jak już wcześniej wspomniałem przetwornik to jeden z najistotniejszych elementów budowy każdej analogowej kamery CCTV. Od jakości i technologii wykonania przetwornika w bardzo dużym stopniu zależy jakość wyświetlanego obrazu przez kamerę. Obecnie przetworniki do kamer przemysłowych wykonywane są w trzech technologiach: CCD (Charged Coupled Device), CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) i DSP (Digital Pixel System).

Piksel (punkt) - jest to najmniejszy jednolity element obrazu wyświetlanego na ekranie za pomocą urządzeń przetwarzania obrazu (np. kamera).

• Technologia CCD (Charged Coupled Device) – zasada działania przetworników CCD Polega na gromadzeniu ładunku w sensorze pod wpływem padającego na niego światła. Odczyt wartości poszczególnych pikseli prowadzony jest wierszami lub kolumnami. Przetworniki CCD zdecydowanie najczęściej znajdują zastosowanie w kamerach przemysłowych, co w dużej mierze wynika z niskich kosztów produkcji matryc CCD. Głównym walorem użytkowym przetworników CCD jest wysoka czułość na oświetlenie.

• Technologia CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) – przetworniki wykonywane w technologii CMOS bazują na układach scalonych. Każdy piksel matrycy CMOS posiada swój własny wzmacniacz i rejestr odczyty, który w dowolnej chwili umożliwia odczytanie wartości danego piksela. Obecnie przetworniki CMOS za sprawą niewielkich rozmiarów najczęściej znajdują zastosowanie w kamerach miniaturowych.

• Technologia DSP (Digital Pixel System) – w odróżnieniu od CCD i CMOS jest to technologia całkowicie cyfrowa. W przypadku technologii DSP światło padające na matrycę przetwornika jest wielokrotnie poddawane próbkowaniu, co w rezultacie pozwala na ustalenie maksymalnego czasu ładowania dla każdego z pikseli. Wszystkie informacje są magazynowane do czasu naładowania pojedynczego piksela, który posiada swój indywidualny czas ekspozycji (piksel traktowany jako niezależna kamera). Największą zaletą użytkową technologii DSP jest znaczne zwiększenie zakresu dynamiki, dzięki któremu kamera może reprodukować bardziej szczegółowe obrazy. W najbliższej przyszłości technologia DSP może zastąpić dotychczas wykorzystywane techniki produkcji przetworników (CCD i CMOS).

Podstawowe parametry kamery CCTV

Obecnie wszystkie kamery CCTV są opisywane za pomocą kilku podstawowych parametrów technicznych, od których zależy nie tylko jakość wyświetlanego obrazu ale także możliwość pracy w zadanych warunkach środowiskowych. Do głównych parametrów technicznych kamer przemysłowych należy zaliczyć: rozmiar przetwornika, rozdzielczość, czułość, stosunek sygnał/szum, temperatura pracy, zasilanie, podłączenie do monitora oraz elementy regulujące.

• Rozmiar przetwornika – wielkość matrycy przetwornika podawana jest w calach. Najczęściej w kamerach przemysłowych stosowane są przetworniki z matrycami o przekątnej 1/3” i 1/4", chociaż spotykane są także matryce o wielkości 1”, 2/3”, 1/2", 1/3”, 1/4" i 1/6”. Rozmiar przetwornika jest niezwykle istotnym parametrem technicznych, ponieważ to do jego wielkości dobieramy obiektyw. Rozmiar przetwornika wymusza użycie takiego samego lub większego obiektywu. Przykładowo do przetwornika o przekątnej matrycy 1/4" możemy zastosować obiektyw o takiej samej przekątnej lub większy np. 1/2". Z reguły im większa matryca przetwornika tym lepsza jakość wyświetlanego obrazu, gdyż duża matryca pozwala na ulokowanie większej liczby pikseli. Jednakże w praktyce należy ostrożnie podchodzić do tej reguły, gdyż jakość generowanego obrazu nie jest zależna jedynie od rozmiarów przetwornika.

• Rozdzielczość kamery – kolejny z istotnych parametrów, który definiowany jest jako zdolność kamery do rozróżniania drobnych szczegółów generowanego obrazu. Zdolność rozdzielczą najczęściej podaje się w liniach telewizyjnych (TVL) lub w pikselach. Im zdolność rozdzielcza kamery jest większa, tym większy jest rozmiar wyświetlanego obrazu. Podstawowy podział kamer ze względu na zdolność rozdzielczą: 240 -380 linii TV (kamery o małej rozdzielczości), 420 – 480 TVL (kamery o standardowej rozdzielczości - najczęściej stosowane), około 600 TVL (o podwyższonej rozdzielczości), ponad 700 linii telewizyjnych (kamery megapikselowe).
  

  
  Fot. Porównanie obrazów o różnej rozdzielczości
  

• Czułość kamery – z definicji zdolność kamery do wytworzenia określonej jakości obrazu w zadanych warunkach oświetleniowych i przy określonym stosunku sygnał/szum. Czułość jest podawana dla określonych warunków, w jakich została zmierzona. Czułość kamery określa się wartością Lux, gdzie 0 Lux oznacza możliwość pracy przy całkowitym braku oświetlenia. Poprawny pomiar czułości kamery przemysłowej na światło należy przeprowadzać przy włączonej funkcji automatycznego regulowania wzmocnienia AGC (ang. Auto Gain Control).
  

  
  Fot. Czułość a jakość obrazu
  

• Stosunek sygnał/szum – stosunek sygnału do szumu mówi nam o zdolności kamery CCTV do generacji obrazu o określonej jakości. Sygnał/szum wyrażany jest w dB przy wyłączonej funkcji automatycznego wzmocnienia sygnału AGC. W sposób pośredni stosunek sygnału do szumu wiąże się z światłoczułością kamery przemysłowej.

• Temperatura pracy – maksymalny zakres temperatur powietrza przy których kamera przemysłowa może stabilnie i bezawaryjnie pracować. Temperaturowy zakres pracy uzależniony jest od miejsca zastosowania kamery, i tak dla kamer zewnętrznych najczęściej wynosi od -20 do +50 st. C, zaś dla kamer wewnętrznych od 10 do +45 st. C. Odporność na temperatury w dużym stopniu zależy od jakości obudowy oraz elementów dodatkowych. W przypadku kamer zewnętrznych, w celu zachowania warunków poprawnej pracy stosuje się takie elementy jak: grzałki, wentylatory, hermetyczne obudowy lub inne techniki chłodzenia i grzania.

• Zasilanie kamer – kamery przemysłowe zasilane są najczęściej napięciem 12V DC, 24V AC i 230V AC, choć z reguły jest to tzw. „bezpieczne napięcie” 12V. W przypadku kamer zasilanych napięciem zmiennym 12V pobór prądu zazwyczaj waha się w granicach od 100mA do 250mA. Kamery przemysłowe na których wyposażeniu znajduje się automatyka w postaci obiektywu Auto Iris cechują się większym poborem prądu o około 40-80mA. Zasilanie napięciem stałym 230V AC stosowane jest zazwyczaj w przypadku kamer zewnętrznych, co związane jest głównie z koniecznością zapewnienia zasilania dla dodatkowych elementów, takich jak: grzałki, wentylatory, itp.

• Połączenie kamery z monitorem – realizowane jest przeważnie przy pomocy przewodów miedzianych i impedancji 75 omów na odległości od 100 do 600 metrów. Maksymalna odległość połączenia w dużej mierze zależy od jakości przewodu, za pomocą którego realizowane jest połączenie. Ponadto, należy także pamiętać, że w przypadku kamer kolorowych długość przewodu instalacyjnego jest niezwykle istotna, gdyż są one bardziej wrażliwe i przy zbyt długich przewodach mogą występować znaczne szumy.

• Elementy regulacyjne w kamerach – dodatkowo na wyposażeniu współczesnych analogowych kamer CCTV można znaleźć wiele dodatkowych elementów regulacyjnych. Najczęściej są one jednak spotykane w urządzenia wyższej klasy. Za pomocą elementów regulacyjnych użytkownik może optymalnie przystosować kamerę do pracy w zadanych warunkach.

Automatyka w kamerach CCTV

Współczesne kamery przemysłowe standardowo są doposażone w mniejszą lub większą ilość nowoczesnych układów elektronicznych, których zadaniem jest poprawa jakości pracy. Dzięki nowoczesnym układom automatyki możemy optymalnie przystosować kamerę do panujących warunków oświetleniowych, co w rezultacie pozwala na uzyskanie obrazu o wyższym poziomie jakości. Najczęściej spotykane układy automatyki w kamerach CCTV to: elektroniczna przysłona, automatyczna przysłona, elektroniczna migawka, automatyczne wzmocnienie sygnału, automatyczny balans bieli oraz automatyczna kompensacja światła.

• Elektroniczna przysłona (EI lub EAI) – układ odpowiedzialny za dopasowanie czułości przetwornika do panującego poziomu światła. Elektroniczna przysłona najczęściej znajduje zastosowanie w kamerach przeznaczonych do pracy przy stabilnym oświetleniu lub przy jego niewielkich zmianach. EI pozwala na stosowanie nieskomplikowanych układów optycznych o stałej lub ręcznie regulowanej przysłonie.

• Automatyczna przysłona (Auto Iris - AI) – układ stosowany w kamerach przeznaczonych do pracy przy zmiennych warunkach oświetleniowych. Automatyczna przysłona samodzielnie dostraja kamerę do panującego oświetlenia, co pozwala na stabilną pracę i wyświetlanie ostrego obrazu. Dzięki systemowi automatycznej przysłony kamery mogą efektywnie pracować w zmiennych warunkach oświetleniowych, w których tradycyjne kamery są bezużyteczne. Każda kamera z układem automatycznej przysłony jest wyposażana w specjalne wyjście sterujące obiektywem Auto Iris. W zależności od sygnału na wyjściu obiektyw Auto Iris zamyka lub otwiera przysłonę, co pozwala na utrzymanie stałej ilości światła padającego na przetwornik. Sterowanie obiektywem może być realizowane na dwa sposoby: Video Iris (sterowanie sygnałem proporcjonalnym do panujących warunków oświetleniowych) lub DC Iris (obiektyw AI jest sterowany za pomocą sygnałów stałoprądowych).

• Automatyczna elektroniczna migawka (AES - Automatic Electronic Shutter) – w przypadku tego układu czas otwarcia przysłony jest ustalany w zależności od ilości światła, która dociera bezpośrednio do przetwornika. Zmiana otwarcia przysłony następuje w czasach w zakresie od 1,50s do 1/100000s. W bardziej zaawansowanych modelach kamer istnieje możliwość ręcznego ustawienia migawki. System automatycznej migawki (AES) to funkcja niezwykle przydatna podczas pracy przy niskim poziomie oświetlenia.

• Ręczna elektroniczna migawka (MES - Manual Electronic Shutter) – czas otwarcia przysłony ustalany jest ręcznie. Najczęściej są to wartości: 1/50s, 1/120s, 1/250s, 1/500s, 1/1000s, 1/2000s, 1/5000s, 1/10000s oraz 1/12000s.

• Automatyczna regulacja sygnału (AGC - Automatic Gain Control) – funkcja niezwykle przydatna przy ustawianiu czułości kamery. Automatyczne sterowanie wzmocnieniem (AGC) odpowiada za zwiększanie czułości podczas pracy przy niższym poziomie oświetlenia. W praktyce należy pamiętać, że wraz ze wzmocnieniem sygnału wizyjnego wzmacniają się także szumu w sygnale. Funkcja AGC pozwala na uzyskanie bardziej wyraźnego obrazu, jednak kosztem jego naturalności. Wyłączona funkcja AGC zapewnia naturalny obraz ale z większym poziomem szumów. Automatyczne sterowanie wzmocnieniem (AGC) należy ustawiać metodą prób i błędów, gdyż tylko wtedy możemy dojść do optymalnego poziomu jakości wyświetlanego obrazu (odpowiedni poziom sygnału wideo do szumów).

• Balans bieli (WB - White Balance) – układ związany z prawidłowym odwzorowaniem przez kamerę wszystkich kolorów względem białej barwy odniesienia. Funkcja balansu bielu umożliwia korektę obrazu w związku z różnym rodzajem oświetlenia przy którym pracuje kamera. W prostych kamerach realizowana przy pomocy dwóch przełączników: IN (światło sztuczne), OUT (światło naturalne). Modele bardziej zaawansowane wyposażane są w funkcję AWB (Auto White Balance), która automatycznie dostosowuję kamerę do panującego rodzaju oświetlenia.

• Kompensacja światła tylnego (BLC - Back Light Compensation) - układ którego zadaniem jest poprawa jakości obrazu prześwietlonego. System BLC pozwala na wyeliminowanie negatywnego efektu (pierwszy plan obserwowanej sceny staje się ciemniejszy i mało czytelny), który powstaje w sytuacjach gdy kamera jest skierowana w stronę silnego źródła światła. Zazwyczaj włączana automatycznie w momencie gdy większa połowa centralnej części przetwornika obrazu została prześwietlona.

Rodzaje mocowań obiektywów

We współczesnych analogowych kamerach przemysłowych możemy spotkać się z dwoma rodzajami mocowań obiektywów: C i CS. Różnica między tymi dwoma typami mocowań polega na innej odległości mocowanego obiektywu od powierzchni przetwornika obrazu. W praktyce przeważnie spotyka się mocowanie CS, co wynika głównie z większej uniwersalności tego mocowania. Mocowanie CS w bardzo prosty sposób można zmienić na mocowanie C (stosując dodatkowy pierścień), zaś przejście z mocowania C na CS z technicznego punktu widzenia jest niemożliwe.

Normy szczelności kamer CCTV

Normy szczelności IPXY określają odporność obudowy kamery przemysłowej na wpływ różnych czynników, takich jak woda, kurz oraz zapylenie. Normy szczelności odgrywają niezwykle ważną rolę zwłaszcza w przypadku kamer instalowanych w środowisku zewnętrzny. Liczba X oznacza odporność mechaniczną, zaś liczba Y odporność na wilgoć. Kamery przemysłowe o dostatecznej odporności na zapylenie i wilgotność powietrza posiadają obudowy zgodne z normą IP65 lub IP66. Kamery CCTV całkowicie odporne na oba te czynniki posiadają obudowy, których norma szczelności to IP67 lub IP68.

...wróć do pomocy