Podczas wielokrotnych rozmów z instalatorami na temat koncepcji systemu telewizji dozorowej (CCTV) w danym obiekcie próbowałem poznać kryteria techniczne, którymi kierowano się przy wyborze kamer. Najczęściej powtarzającymi się parametrami były rozdzielczość obrazu oraz czułość kamer, czyli ich zdolność do pracy w trudnych warunkach oświetleniowych. Pozostałe parametry schodziły na dalszy plan i pojawiały się tylko w kontekście szczegółowych wymagań inwestora lub istotnych zapisów w specyfikacji zamówienia.
Weryfikacja pracy systemu nadzoru wizyjnego w obiekcie wskazuje, że najczęściej stosowaną konfiguracją są ustawienia domyślne, co oznacza, że wszystkie zaawansowane funkcje nie są traktowane priorytetowo. Co więcej, parametry rozdzielczości i czułości są dla instalatora trudne do zweryfikowania i wymagają nie tylko dużego doświadczenia, ale także solidnego zaplecza, potrzebnych do oceny prawdziwości danych katalogowych w tym zakresie. Właśnie dlatego na łamach niniejszego artykułu chciałbym poruszyć problem rozdzielczości na przykładzie kamer IP w często stosowanym rozwiązaniu – urządzeniu do rozpoznawania banknotów w punktach kasowych oraz liczarniach pieniędzy. Dodatkowo chciałbym odnieść się do drugiego parametru – czułości kamer IP w porównaniu z czułością powszechnie stosowanych dotychczas kamer analogowych.
Rozpoznawanie banknotów może być realizowane na dwa sposoby:
- rozpoznawanie jedynie nominalnej wartości banknotów,
- rozpoznawanie nominalnej wartości banknotów oraz odczytywanie znaków alfanumerycznych na banknotach (numerów seryjnych).
Bez wątpienia drugi sposób jest trudniejszy, ale niejako „po drodze” rozwiązuje pierwszy wspomniany problem. W przypadku systemu analogowego w praktycznych aplikacjach możliwe było tylko rozpoznawanie wartości banknotów. Nie można było stworzyć systemu umożliwiającego odczyt numerów seryjnych na banknotach ze względu na zbyt małą liczbę pikseli przypadającą na odczytywany znak. Dopiero wprowadzenie kamer IP o dużej rozdzielczości pozwoliło rozpoznawać numery seryjne poszczególnych banknotów.
Fot. 1. Rozpoznanie numerów seryjnych banknotów, obszar rozpoznania: 640×360 mm, kamera NVIP-2DN5001C-1P
Do rozpoznania znaku o szerokości 2 mm (standardowa, przybliżona szerokość znaków umieszczanych na banknotach) wymaganych jest minimum 6 pikseli matrycy. W przypadku kamer NVIP-2DN5001C-1P (http://www.novuscctv.pl/pl/node/7615) z przetwornikiem obrazu CMOS 2.0 Mpx o liczbie efektywnych pikseli 1920 (H)×1080 (V) szerokość obserwowanego obszaru nie powinna przekraczać 640 mm. Z proporcji obrazu 16:9, typowej dla kamer Full HD, wynika, że wysokość takiego obszaru wyniesie zaledwie 360 mm. Obszar o wymiarach 640×360 mm pokrywa się ze standardowym obszarem pracy liczarza lub kasjera, w obrębie którego operuje on banknotami. Aby zapewnić pełny ogląd sytuacji oraz ustalić kierunek przekazywania pieniędzy do strefy rozpoznawania numerów seryjnych, można uzupełnić punkt kamerowy o dodatkową kamerę o szerszym polu widzenia, ale już bez możliwości rozpoznawania numerów seryjnych.
Jeszcze lepsze rezultaty można osiągnąć, używając kamer o rozdzielczości 5 Mpx. Zastosowanie prototypowego modelu o rozdzielczości 2592 (H)×1944 (V) daje większy obszar, na którym rozpoznawane są numery seryjne. Dostępny obszar ma 850 mm szerokości oraz 640 mm wysokości.
Dodatkowym utrudnieniem przy rozpoznawaniu numerów seryjnych banknotów 200-złotowych jest zmienna wielkość znaków alfanumerycznych widocznych na każdym z tych banknotów.
Dużą zaletą kamery NVIP-2DN5001C-1P jest duża poklatkowość wynosząca 25 obrazów/s. Ma to ogromne znaczenie, ponieważ proces wymiany, przekazywania i przeliczania banknotów cechuje się dużą dynamiką. Konieczne jest więc tworzenie i rejestracja strumienia wizyjnego w trybie live. Kamery o rozdzielczości 5 Mpx nie spełniają tego warunku, gdyż podczas pracy przy najwyższej rozdzielczości wytwarzają 10 obrazów/s. Prawdopodobieństwo odczytu numerów seryjnych będzie w takich warunkach mniejsze niż w przypadku zastosowania kamery Full HD.
Fot. 2. Rozpoznanie numerów seryjnych banknotów, obszar rozpoznania: 850×640 mm, kamera 5 Mpx
Niebagatelny wpływ na poprawność odczytu ma odpowiednie natężenie oświetlenia na zadanym obszarze. Z przeprowadzonych testów wynika, że w przypadku poziomu oświetlenia przekraczającego 600 luksów czas ekspozycji jest tak krótki, że obraz jest wystarczająco ostry i ma odpowiedni kontrast. Przy słabszym oświetleniu kontrastowość maleje. Aby zapewnić rozpoznanie numerów seryjnych banknotów, należy zmniejszyć obszar rozpoznania poprzez zwiększenie ogniskowej obiektywu lub zmianę położenia kamery.
Kolejnym czynnikiem, który ma wpływ na skuteczność rozpoznania znaków alfanumerycznych, jest odpowiedni dobór obiektywu. Ze względu na dużą rozdzielczość wynikowego obrazu konieczne jest stosowanie precyzyjnie wykonanych obiektywów. Należy wziąć pod uwagę osiowość montażu obiektywu, stabilność pierścienia mocującego oraz rosnące aberracje układu optycznego obiektywu na krańcach pola widzenia. Ten ostatni parametr nie jest podawany w standardowych specyfikacjach obiektywów, więc – by go poznać – należy zasięgnąć informacji bezpośrednio u producenta. Ważne jest też dobranie długości ogniskowej tak, by maksymalnie ograniczyć pracę na krańcach pola widzenia systemu optycznego.
Zamieszczone w artykule rysunki ilustrujące problematykę rozpoznawania znaków alfanumerycznych są dostępne na stronie www.novuscctv.com. Zapoznanie się z nimi umożliwia adekwatną ocenę jakości systemu optycznego. Oprócz rysunków dostępne są także zdjęcia z opisami i materiał filmowy odnoszący się do wątków poruszanych w artykule. Istnieje wiele mitów dotyczących czułości kamer IP. Czułość, czyli minimalne oświetlenie, jakie jest potrzebne, aby kamera wygenerowała użyteczny obraz, jest tym parametrem kamery, który trudno wiarygodnie ocenić. Wynika to z faktu, że producenci nie wyznaczyli standardowych metod pomiaru czułości przetworników i podają minimalne wartości oświetlenia dla różnych poziomów sygnału wizyjnego i różnych czasów ekspozycji. Nie wiadomo także, czy pomiary dotyczą poziomu oświetlenia przetwornika czy poziomu oświetlenia sceny obserwowanej przez kamery z układem optycznym. Z tego powodu dane katalogowe są w zasadzie nieporównywalne.
Fot. 3. Pogorszenie jakości obrazu i zdolności do rozpoznawania numerów w przypadku natężenia oświetlenia wynoszącego 200 luksów
W powszechnej opinii technologia przetworników obrazu CMOS stosowana w kamerach megapikselowych ustępuje pod względem czułości technologii CCD. Rzeczywiście – tak było w przypadku starszych generacji kamer z przetwornikami CMOS, jednakże rozwój technologii CMOS pozwolił zniwelować te różnice. Kamery Full HD marki NOVUS można z powodzeniem stosować w trudnych warunkach oświetleniowych i zastępować nimi stosowane dotychczas kamery analogowe z przetwornikami CCD.
Pod linkiem http://www.novuscctv.pl/pl/node/9327 można znaleźć materiały filmowe porównujące czułość kamer analogowych z czułością kamer Full HD i czułością standardowych kamer IP. Cztery ww. kamery zostały zainstalowane wewnątrz komory z płynnie regulowanym poziomem oświetlenia i obserwowały tablicę testową z przemieszczającą się strzałką. Testy przeprowadzono przy różnych rodzajach oświetlenia (światło białe i podczerwone) oraz przy włączonej funkcji WDR. Załączone materiały jednoznacznie wskazują na porównywalność technologii CCD i CMOS pod względem czułości.
Zastosowanie kamer IP w systemach kasowych oraz w liczarniach pieniędzy pozwala na uniknięcie lub polubowne rozwiązanie wielu spornych kwestii zaistniałych podczas obsługi klientów. Wysoka rozdzielczość zapisywanego materiału pozwala na jednoznaczne rozstrzygnięcie wątpliwych przypadków. Stosując kamery IP, można zapewnić rozpoznawalność banknotów na relatywnie dużym obszarze, który obejmuje całą przestrzeń wokół punktu kasowego. Dodatkowo monitorowanie numerów seryjnych banknotów usprawnia proces eliminowania fałszywych banknotów i pozwala na wykrywanie miejsc wprowadzania ich do obiegu.
Patryk Gańko
AAT Holding
Zabezpieczenia 1/2013