Linia kamer dwumegapikselowych, o których obszernie pisałem na łamach Zabezpieczeń (3/2011) została uzupełniona pięcioma modelami kamer o tej samej nominalnej rozdzielczości, lecz zgodnych ze standardem Full HD. Dotychczasowe modele generowały dwumegapikselowy strumień wizyjny w rozdzielczości 1600×1200 (proporcje obrazu 4:3) i z prędkością do 15 klatek na sekundę. Seria kamer IP Full HD, którą poniżej szczegółowo scharakteryzuję, generuje dwumegapikselowe strumienie wizyjne w rozdzielczości HD 1920x1080 (proporcje obrazu 16:9) i z prędkością real-time (25 obrazów na sekundę).
W powszechnej opinii osób instalujących systemy telewizji dozorowej (zarówno analogowe, jak i IP) to właśnie rozdzielczość, a więc zdolność do rozróżnienia szczegółów obserwowanej sceny jest głównym wyznacznikiem jakości obrazu. Z reguły dokonując wyboru urządzeń, pomija się inne, ważne kryteria decydujące o końcowej jakości obrazu, takie jak: dynamika obrazu, rozdzielczość bitowa etc. Wraz ze wzrostem rozdzielczości matryc kamer IP pojawiły się ograniczenia uniemożliwiające ich powszechne stosowanie. Bardzo dokładnie opisał to Andrzej Walczyk w artykule „Piksel pikselowi wilkiem" (Zabezpieczenia 1/2010), którego fragment in extenso chciałbym przytoczyć. „Tendencją, którą można zaobserwować na współczesnym rynku CCTV, jest stopniowy wzrost rozdzielczości. (…) W procesie tym widać jednak wyraźną granicę, która przebiega na poziomie nazywanym umownie Full HD. Chodzi o wielkość matrycy równą 1920×1080 pikseli, stosowaną w telewizji programowej, a także w sprzęcie domowym. Ten sam format zaczyna być coraz liczniej reprezentowany w urządzeniach do monitoringu telewizyjnego. Przyczyn tej sytuacji jest wiele. Zauważany do niedawna pęd do bardzo dużych liczb pikseli, sięgających 16 mln, powoli ustępuje zdroworozsądkowym wymaganiom użytkowym, związanym z parametrami kamer, przepływnością typowych sieci IP oraz koniecznością ograniczenia przestrzeni dyskowej rejestratorów. Jakość obrazów z kamer wysokomegapikselowych jest relatywnie niska. Jedynym atutem tych kamer są duże rozmiary matrycy. Poza tym mają same wady. Odznaczają się bardzo niską czułością, niską poklatkowością, wymagają bardzo dobrze skorygowanych, drogich obiektywów, nie mogą być umieszczone w typowych obudowach stosowanych w CCTV, gdyż przednie szyby tych obudów powodują utratę rozdzielczości układu kamera – obudowa – obiektyw. Takie kamery bardziej przypominają wyspecjalizowane aparaty fotograficzne niż urządzenia telewizyjne. Na przykład typowe kamery z przetwornikiem 16 Mpix generują najwyżej trzy klatki obrazowe na sekundę przy pełnej rozdzielczości. Czy to w ogóle można nazwać telewizją?"
Fot. 1. Kamery IP Full HD: NVIP-2C2011D-P, IP-2DN2001D-2P, IP-2DN4001V/IRH-2P, IP-2DN3001H/IR-2P, IP-2DN5001C-1P
Należy przypuszczać, że kamery Full HD w krótkim czasie staną się standardem w telewizji IP (oczywiście pod warunkiem, że przy takim tempie zmian można jeszcze w ogóle mówić o jakichkolwiek standardach). Technologia Full HD ma niezaprzeczalne zalety i przewagę w stosunku do ciągle dominującej na rynku telewizji analogowej, natomiast nie dziedziczy przedstawionych powyżej wad rozwiązań wielomegapikselowych. W związku z codziennymi kontaktami z instalatorami i inwestorami chciałbym podzielić się jeszcze osobistą refleksją. O wielomegapikselowe systemy monitoringu wizyjnego IP pytają zazwyczaj osoby niedoświadczone, inwestorzy końcowi, nigdy osoby, które mają już doświadczenie i znają ograniczenia, z jakimi spotkały się podczas uruchamiania sieciowych systemów dozoru wizyjnego.
Kolejnym mitem jest niska czułość kamer IP. Pokutuje przekonanie o niskiej czułości przetworników produkowanych w technologii CMOS w porównaniu z przetwornikami CCD stosowanymi w kamerach analogowych. Pod adresem www.novuscctv.pl/pl/node/8027 znajdują się materiały filmowe porównujące czułość kamery analogowej serii B (NVC-BDN5404C) i kamery serii G (NVC-GDN5801C) oraz czułość kamery Full HD NVIP-2DN5001C-1P i standardowej kamery IP. Co prawda czułość kamery analogowej jest wyższa niż czułość kamery sieciowej, jednak nie ma różnicy znacznej, która mogłaby spowodować problemy z wykorzystaniem kamery IP w trudnych warunkach oświetleniowych. Czułość przykładowej kamery IP NVIP-2DN3001H/IR-2P o rozdzielczości Full HD wynosi 0,2 lx/F=1,2 w trybie kolorowym, 0,02 lx/F=1,2 w trybie monochromatycznym i nie odbiega od czułości typowych kamer analogowych.
Tab 1. Tabela ilustrująca zależność między rozdzielczością i liczbą obrazów w jednostce czasu
Stosowane w kamerach sieciowych o rozdzielczości Full HD matryce CMOS mają format 1/2,7", dlatego wymagane jest zastosowanie obiektywów przystosowanych do formatów 1/2" lub 1/3", jednakże w tym przypadku nie dla całego zakresu ogniskowej obraz będzie prawidłowy. W przypadku formatu 1/3" przy minimalnych wartościach ogniskowej może pojawić się zjawisko winietowania, czyli zasłonięcia narożnych obszarów obrazu. W kamerach stosowane jest skanowanie progresywne, co umożliwia poprawną obserwację poruszających się obiektów przy poklatkowości 25 kl./s. W kontekście obserwacji scen o dynamicznie zmieniającym się poziomie oświetlenia bardzo istotne są funkcje automatycznej regulacji ekspozycji. Oprócz standardowego trybu pracy z priorytetem przysłony dostępne są opcje ze stałym czasem otwarcia migawki lub opcje mieszane, z priorytetem przysłony i z możliwością zmian czasu otwarcia migawki w ograniczonym zakresie. W standardowym trybie pracy z automatyczną lub ręczną regulacją czasu otwarcia migawki dostępne wartości mieszczą się w zakresie od 1/1,5 s do 1/10 000 s, zaś w trybie pracy z przedłużonym czasem otwarcia migawki w zakresie od 1/25 s do 1s. Po zmianie obiektywu należy przeprowadzić autokalibrację przysłony w celu zapewnienia prawidłowego punktu początkowego układów sterujących pracą przysłony. W przypadku kamer sieciowych dostępne są również typowe funkcje kamer analogowych, takie jak BLC i WDR, a także cyfrowa redukcja szumów DNR oraz możliwość regulacji równowagi barw.
Wszystkie modele kamer generują równocześnie maksymalnie dwa sieciowe strumienie wizyjne z możliwością wykorzystania algorytmów kompresji H.264 lub M-JPEG. Jeśli jeden ze strumieni jest wykorzystany do transmisji obrazu o rozdzielczości Full HD (1080p, 25 kl./s), w drugim strumieniu można transmitować obrazy o rozdzielczości D1, także z prędkością 25 kl./s. Ponadto kamera klasyczna (typu box) ma dodatkowe wyjście BNC. Dla każdego strumienia wizyjnego możemy ustalić parametry dotyczące jakości (poziomu kompresji) obrazu i przepływności (wielkości generowanego strumienia danych), wybierając tryb CBR (stała wielkość strumienia danych) lub tryb VBR (zmienna wielkość strumienia danych).
Rys. 2. Interfejs sieciowy pozwalający na zmianę ustawień ekspozycji kamery
Rys. 3. Ustawienia detekcji ruchu z wykresem
Seria kamer IP Full HD ma funkcję detekcji ruchu. Szczególnie przydatny w procesie regulacji parametrów związanych z detekcją ruchu jest dynamiczny wykres obrazujący poziom ruchu w badanej scenie. Pozwala to na prawidłowe ustawienie progu aktywacji detekcji (czerwona linia na wykresie) oraz czułości detekcji ruchu w celu zredukowania liczby fałszywych alarmów. Kamery dysponują mechanizmem antysabotażowym, który umożliwia podjęcie akcji alarmowej w przypadku zasłonięcia obiektywu lub gwałtownej zmiany obserwowanej sceny. Akcja podejmowana na skutek alarmu jest taka sama jak w przypadku aktywacji wejścia alarmowego (dotyczy to wszystkich modeli za wyjątkiem NVIP-2C2011D-P), wykrycia ruchu lub sabotażu i obejmuje: uaktywnienie wyjścia, przejście do trybu nocnego, wysłanie e-maila lub e-maila z załącznikiem (załącznikiem są obrazy w formacie JPG), przesłanie informacji lub pliku na serwer FTP (plikami są obrazy w formacie JPG ), wysłanie powiadomienia do serwera HTTP oraz zapis obrazu na karcie pamięci (w formacie AVI). Interfejs sieciowy pozwala na zdefiniowanie dwóch kont klienckich na serwerach poczty wychodzącej (w celu zdalnego powiadamiania użytkownika o zaistniałych zdarzeniach) oraz dwóch adresów serwerów FTP, na które będą przesyłane zdjęcia i nagrania alarmowe. Kamery mają również funkcję maskowania stref prywatności (można zamaskować maksymalnie pięć obszarów i wypełnić je dowolnym kolorem).
W przypadku wszystkich modeli kamer można dokonać zapisu obrazu na kartach pamięci typu microSD i microSDHC, co umożliwia tworzenie dodatkowych archiwów. Zapis może być realizowany w trzech trybach: alarmowym, ciągłym lub zgodnie z harmonogramem. Maksymalna pojemność pojedynczej karty pamięci może wynosić 16 GB, przy czym można posłużyć się funkcją nadpisywania, czyli ciągłego usuwania najstarszych zarejestrowanych nagrań.
Przy projektowaniu kamer priorytetowo potraktowano kwestie bezpieczeństwa sieciowego. W urządzeniach zastosowano następujące mechanizmy zabezpieczające przed nieautoryzowanym dostępem do zasobów kamery:
- tworzenie kont dla użytkowników o różnym poziomie uprawnień,
- szyfrowanie połączeń metodą HTTPS wraz z automatyczną generacją certyfikatu,
- filtrowanie adresów IP umożliwiające stworzenie grup użytkowników mających dostęp i nie mających dostępu do kamery, uaktywnianie i definiowanie kluczy uwierzytelniających dla połączeń w sieci lokalnej lub Wi-Fi zgodnej z IEEE 802.1X.
Aby ułatwić zarządzanie kamerami sieciowymi zaimplementowano m.in. protokoły SNMP do zarządzania urządzeniami sieciowymi i UPnP do włączenia lub wyłączenia funkcji dostępu do kamery w otoczeniu sieciowym w systemach Windows XP, Vista i Win 7. Dodatkowo w menu służącym do programowania mechanizmu QoS można zdefiniować sieciowe priorytety dla usług transmisji wizji, dźwięku lub danych sterujących. Wszystkie modele kamer mogą być zasilane poprzez gniazdo sieciowe RJ45 z wykorzystaniem technologii PoE (IEEE 802.3af), a model NVIP-2C2011D-P może być zasilany tylko tą metodą.
Do pełnego scharakteryzowania kamer IP Full HD nie wystarczy jednakże sam opis. Dlatego też przygotowano materiały ilustrujące działanie wybranych modeli kamer w różnych warunkach oświetleniowych.
Wszystkie filmy można obejrzeć pod adresem
www.novuscctv.pl/pl/node/8027.
Patryk Gańko
AAT Holding
Zabezpieczenia 1/2012