O tym, że cyfrowe systemy telewizji przemysłowej są przyszłością tego rynku, nikt już nie dyskutuje. Dla firm obecnie najważniejsze stały się dwa kryteria – jak największa funkcjonalność przy jak najmniejszym koszcie zakupu i użytkowania. Oferta rynkowa zapewnia osiągnięcie dobrego kompromisu
Bezprzewodowa kamera D-Link DCS-3420
Systemy telewizji przemysłowej CCTV (Closed-Circuit TeleVision) istnieją w polskich firmach od wielu lat, przetwarzając obraz w trybie analogowym i rejestrując go na specjalnych magnetowidach poklatkowych (drogich i trudnych w zarządzaniu). Inwestycje te były dość kosztowne. Nic więc dziwnego, że zarządy słysząc o rozbudowanych funkcjach nowych cyfrowych systemów, niechętnie myślą o pozbyciu się starych analogowych, tym bardziej że jakość ich pracy jest wciąż zadowalająca.
Aby zaspokoić zapotrzebowanie tego obszaru rynku, większość producentów oferuje możliwość stopniowego przechodzenia na systemy cyfrowe, zapewniające cyfrową rejestrację obrazu i dostęp do niego przez działającą w firmie sieć komputerową, ale jednocześnie wykorzystujące zainstalowane analogowe kamery i przygotowaną dla nich infrastrukturę kablową. Dzięki zastosowaniu takiego modelu można uzyskać zdalny dostęp do wykonanych nagrań, większą elastyczność zarządzania zapisanym materiałem oraz zmniejszyć koszty.
Operację tę bardzo łatwo przeprowadzić z technicznego punktu widzenia. Istniejące w firmie analogowe kamery należy odłączyć od stosowanego dotychczas multipleksera (i ewentualnie dołączonego do niego magnetowidu poklatkowego), a następnie podłączyć do serwera wideo, który będzie transmitował obraz przez sieć komputerową. Do podglądu bieżącej sytuacji mogą służyć stosowane dotychczas monitory dołączone do serwera (większość modeli umożliwia ich podłączenie) oraz ekrany podłączonych do sieci komputerów, z których nastąpi poprawna autoryzacja do serwera wideo (obraz można oglądać na dwa sposoby – przez przeglądarkę internetową lub specjalne, dostarczane z serwerem oprogramowanie do zarządzania). Takie rozwiązanie zapewnia nie tylko podgląd bieżącej sytuacji, ale i przeglądanie zarejestrowanych obrazów.
Pełna funkcjonalność
Pełną funkcjonalność i elastyczność cyfrowego systemu CCTV łatwo uzyskać, stosując nowoczesne cyfrowe kamery wideo. Profesjonalny system można stworzyć w budynku, którego konstruktorzy nie przewidywali wykorzystywania telewizji przemysłowej, używając do tego tradycyjnej sieci Ethernet IP (tej samej, do której podłączane są komputery), a nawet sieci bezprzewodowej (metoda ta jednak wskazywana jest też jako główna wada takiego rozwiązania – przede wszystkim ze względu na bezpieczeństwo). Przyłączanie nowych kamer wideo do takiej sieci i ich konfiguracja są bardzo proste. W dodatku dzięki funkcji Power over Ethernet, która eliminuje konieczność zapewnienia dodatkowego zasilania do urządzenia, uzyskuje się znacznie większą elastyczność podczas instalacji.
Cyfrowe kamery nie potrzebują do pracy swojego serwera (każda ma wbudowany własny). Aby jednak były optymalnie wykorzystane, na jednym z komputerów w sieci powinno być zainstalowane oprogramowanie do zarządzania kamerami, co pozwoli na znaczne zwiększenie ich funkcjonalności (dostęp do serwera każdej kamery realizowany jest przez przeglądarkę internetową). Po odpowiednim skonfigurowaniu całego rozwiązania można uzyskać dostęp do obrazu z kamer cyfrowych, serwera kamer analogowych lub systemu zarządzającego także przez Internet.
W ten sposób łatwo także zainstalować lokalne kamery np. w oddziałach firmy i obraz z nich udostępnić przez Internet centralnemu serwerowi zarządzającemu znajdującemu się w centrali firmy.
Serwer Axis Q7900 Rack – rozwiązanie o wysokiej gęstości portów umożliwia instalację maksymalnie 14 modułów, każdy z 6 portami analogowymi (łącznie 84 porty). Idealne rozwiązanie dla istniejących instalacji analogowych. Za pomocą czterech portów sieciowych o prędkości 1 Gb/s udostępnia w sieci obrazy z niemal 100 kamer. Serwer jest wyposażony w nadmiarowe zasilacze i wentylatory, które można wymieniać bez przerywania pracy
Jakie korzyści?
Podstawową korzyścią płynącą z zastosowania cyfrowych systemów CCTV jest łatwa integracja całego rozwiązania, praktycznie bez ograniczeń infrastrukturalnych odnośnie do umiejscowienia kamer. W dodatku cały system można integrować ze sprzętem czy oprogramowaniem firm trzecich, co stwarza praktycznie nieskończone możliwości jego zastosowania. Elastyczność można wykorzystać w integrowaniu systemów analogowych z cyfrowymi, a także z oprogramowaniem do kontroli dostępu, systemami zarządzania budynkami, punktami sprzedaży czy bankomatami.
Nie bez znaczenia jest także efektywność kosztowa całego rozwiązania. Dzięki temu, że większość produktów do budowy systemów CCTV jest opartych na otwartych standardach (w tym sieci Ethernet i systemie zasilania Power over Ethernet) możliwe jest zarządzanie nimi ze zwykłego PC i przechowywanie na nim obrazów, a także wykorzystanie istniejącej w przedsiębiorstwach sieci okablowania strukturalnego.
Ponieważ w dzisiejszych sieciowych systemach wideo funkcje inteligentne zostały przeniesione do kamery, nie ma potrzeby stosowania rozbudowanych, zaawansowanych serwerów zarządzających. Dzięki użyciu wydajnych procesorów bezpośrednio w kamerach mają one wbudowaną funkcję wykrywania ruchu i zarządzania alarmami, sama kamera może więc decydować, gdzie wysłać materiał wideo, z jaką prędkością (liczbą ramek na sekundę) i w jakiej rozdzielczości oraz kogo zaalarmować w przypadku takiej potrzeby. Dane są tak przygotowywane przez wbudowany w kamerę serwer, aby łatwiej było nimi zarządzać.
Pracownikom na kierowniczych stanowiskach przyda się funkcja zdalnego dostępu – w dowolnym czasie i z dowolnego miejsca. Odpowiednio skonfigurowana sieć zapewni podgląd obrazu z poszczególnych kamer lub systemu zarządzania zapisanymi obrazami.
Podwieszana u sufitu kamera Sony SSC-CD79P umożliwia obserwację całego pomieszczenia dzięki obrotowej głowicy
Na co zwrócić uwagę?
Jakość obrazu to jeden z najważniejszych parametrów kamer w systemach CCTV. Dlatego należy dopilnować, aby kamera oraz cały system zarządzania i przetwarzania były w stanie jak najwierniej oddać wszystkie szczegóły obserwowanych elementów. Żeby to było możliwe, potrzeba wystarczająco dużo mocy obliczeniowej nie tylko do zdobycia i wyświetlenia obrazów, ale także do cyfrowego zarządzania nimi i kompresji, która umożliwi szybsze przesyłanie przez sieć. Dobór odpowiedniego poziomu kompresji i jakości obrazu tradycyjnie jest efektem kompromisu.
Ale jakość obrazu zależy również od zastosowanej w kamerach optyki i światłoczułej matrycy przetwarzającej obraz, a także algorytmów przetwarzających. Dlatego podczas doboru kamer należy zwrócić uwagę nie tylko na rozdzielczość, wspierane standardy kompresji czy optykę i matrycę, ale także możliwość filmowania przy słabym oświetleniu, wymiany obiektywu czy na technikę przechwytywania obrazu (technika progresywna lepiej oddaje szczegóły poruszających się obiektów niż przetwarzanie z przeplotem).
Ważne jest także zwrócenie uwagi, jak dużo danych jest przesyłanych przez firmową sieć, jaka jest ogólna przepustowość sieci i jak może wpłynąć na nią wprowadzenie transmisji dużej ilości obrazów z kamer. Stopień obciążenia sieci zależy tego, jak skonfigurowane są kamery czy serwer wideo. Zapotrzebowanie na przepustowość określane jest na podstawie wielu parametrów: rozdzielczości obrazu, poziomu i typu kompresji, liczby rejestrowanych obrazów na sekundę oraz stopnia skomplikowania filmowanej sceny.
Nowoczesne kamery mogą same sterować liczbą obrazów zapisywanych w sekundzie w zależności od obserwowanych wydarzeń. Ponieważ zapis z pełną prędkością na wszystkich kamerach przez cały czas zwykle nie jest potrzebny, jeśli więc obraz nie ulega żadnym zmianom, może być rejestrowany np. z prędkością 5 klatek na sekundę zamiast standardowych 25. Jeżeli kamera będzie w stanie sama zdecydować, kiedy zwiększyć częstotliwość rejestrowania obrazów (np. w przypadku poruszającego się obiektu), takie automatyczne zarządzanie zapewni znaczne oszczędzenie zarówno przepustowości sieciowej, jak i miejsca na twardych dyskach w rejestratorach lub komputerach z oprogramowaniem zarządzającym.
Schemat zastosowania kamer IP firmy ACTi na przykładzie hotelu
Konsorcjum FEN, dystrybutor rozwiązań nowych technologii (działa na rynku od 1998 r.), włączył do oferty urządzenia z zakresu monitoringu IP firmy ACTi, wzbogacając ją o nowe kamery: megapikselowe, stałopozycyjne, obrotowe oraz zewnętrzne. Do każdej producent dołącza bezpłatne oprogramowanie do obsługi monitoringu z 64 kamer, a cały system jest zarządzany poprzez jednolity interfejs
Panaceum na problemy z wydajnością sieci może być wdrożenie infrastruktury o przepustowości 1 Gb/s – 10-krotnie szybszej od dotychczas stosowanej 100 Mb/s. Chociaż obie wartości są zdecydowanie na wyrost dla poszczególnych pojedynczych kamer, tam gdzie funkcjonują duże systemy i zbieranych jest wiele treści, mogą się przydać, aby nie obniżać wydajności sieci służącej także komputerom. Tu z pomocą przychodzą nowe techniki wirtualizacji i separacji sieci, dzięki czemu w ramach jednego medium transmisyjnego (ta sama infrastruktura sieciowa) możliwe jest wirtualne oddzielenie sieci przenoszącej dane komputerowe od sieci telewizyjnej. Daje to znacznie łatwiejsze zarządzanie przepustowością sieci oraz gwarantuje większą stabilność całego rozwiązania.
W przypadku większych rozwiązań warto położyć nacisk także na system przechowywania zebranych przez kamery danych. Aby zapewnić ich jak największe bezpieczeństwo, najlepiej skorzystać z zewnętrznych macierzy dyskowych, które można dołączyć bezpośrednio do serwera zarządzającego lub sieci, do której są podłączone kamery. Taka macierz, wyposażona w kilka lub kilkanaście twardych dysków, zapewnia dużą pojemność do zapisu obrazu z kamer, a także udostępnia dodatkowe funkcje bezpieczeństwa, gwarantujące stały dostęp do danych także w przypadku awarii jednego lub więcej twardych dysków.
Kamery liczą klientów oraz… kontrolują jakość obsługi
Jedna z największych instalacji cyfrowych kamer w Polsce została przeprowadzona w salonach Time Trend prowadzonych przez firmę Zibi. W punktach sprzedaży zostało zainstalowanych prawie 250 kamer firmy Axis Communications. Zarząd wykorzystał tę metodę do poprawienia dyscypliny pracy przez stałą ocenę jakości obsługi zatrudnionego personelu i służb ochroniarskich.
W jednym ze sklepów zrealizowano również pilotowy projekt zliczania klientów. System Mirare People Counter nie tylko jest stosowany w pomiarach ruchu klientów, ale zapewnia także zobrazowanie uzyskanych danych za pomocą wykresów oraz daje możliwość dalszej ich obróbki w programach biurowych.
Polak też potrafi
Platforma sprzętowo-programowa M3S, którą oprogramowała polska firma Polixel, umożliwia rejestrowanie obrazu z kamer i zarządzanie nim. Na rodzinę cyfrowych rejestratorów składa się kilka modeli urządzeń o różnej liczbie wejść wideo i bogatych funkcjach, dostosowywanych indywidualnie do potrzeb poszczególnych klientów.
Najciekawsze są jednak wdrożenia zrealizowane z wykorzystaniem systemu M3S, np. rozwiązanie monitorujące przebieg transakcji bankomatowych. Wykorzystane w nim cyfrowe rejestratory wideo M3S-Em można podłączyć do czterech kamer zainstalowanych wewnątrz bankomatu lub w jego otoczeniu.
Mogą to być typowe kamery CCTV zamontowane w standardowych miejscach przewidzianych przez producenta bankomatu, jak i kamery dyskretne, instalowane w miejscach nietypowych w celu utrudnienia ich lokalizacji. Jedna z kamer ustawiona jest tak, aby zarejestrowała twarz osoby realizującej transakcję. Inne kamery mogą obserwować wejście czytnika kart oraz wyjście z dyspensera, z którego klient odbiera gotówkę.
Rejestrator, dzięki połączeniu z szyną danych bankomatu, zdobywa dane dotyczące realizowanych transakcji, a także otrzymuje informacje o włożeniu karty do czytnika, wypłacie pieniędzy lub ewentualnym zdeponowaniu nieodebranej gotówki w kasecie zrzutów. Każda z tych informacji może być traktowana jako zdarzenie uruchamiające rejestrację. Funkcja nagrywania prealarmowego dodatkowo zapewnia, że klient zostanie zarejestrowany w momencie podchodzenia do bankomatu, jeszcze zanim włoży kartę do czytnika. Dla każdego zdarzenia można określić liczbę nagrywanych klatek obrazu. Dzięki nagrywaniu inicjowanemu przez zdarzenia M3S-Em bardzo efektywnie wykorzystuje przestrzeń dyskową.
Nad całością pieczę sprawuje Centralna Stacja Monitoringu – serwer, który stale monitoruje działanie rejestratorów w sieci, a jego oprogramowanie pozwala uprawnionym użytkownikom systemu za pomocą przeglądarki internetowej wyszukiwać transakcje oraz wyświetlać zarejestrowany obraz wideo.
Polixel ma też dwa ciekawe rozwiązania własnego autorstwa umożliwiające automatyczne rozpoznawanie numerów rejestracyjnych pojazdów i rozpoznawanie twarzy. Pierwszy z wymienionych analizuje cyfrowy strumień wideo zarówno dla obiektów poruszających się, jak i nieruchomych. System wyszukuje tablicę rejestracyjną z wykorzystaniem algorytmów filtracji przestrzennej. Rozpoznawanie odbywa się w dwóch etapach.
Na początku rozpoznawane są najlepiej widoczne znaki, dające najwyższe prawdopodobieństwo według kryterium jakości. Na ich podstawie określa się wysokość i szerokość znaków, precyzuje pochylenie tablicy i odstępy pomiędzy znakami. W drugim etapie przetwarza się wszystkie nierozpoznane dotąd znaki, które zlały się ze sobą lub są rozerwane czy uszkodzone. Jeśli rozpoznawanie odbywa się dla pojazdów w ruchu (niezależnie od ich prędkości), włącza się kolejny mechanizm – śledzenie, czyli dynamiczne „towarzyszenie” rozpoznawanemu numerowi. Średni czas rozpoznania klatki wynosi tylko 10 ms. Wszystkie rozpoznane numery zapisywane są w bazie danych, podobnie jak data, godzina, identyfikator kamery oraz obraz pojazdu, którego numer został rozpoznany.
Główni dostawcy systemów do budowy cyfrowej telewizji przemysłowej
ACTi www.acti.com
Avtech www.avtech.com.pl
Axis Communications www.axis.com
Bosch www.bosch.pl
D-Link www.dlink.pl
Eyeview www.eyeview.com.tw
Grand www.grand.com.tw
Linksys www-pl.linksys.com
Mobotix www.mobotix.com.pl
Panasonic www.panasonic.pl
Samsung www.samsungsecurity.com
Sony www.sonybiz.net
Toshiba www.toshiba.pl
Vivotek www.vivotek.com.pl
Przykładowe zastosowania
Istnieje kilka modelowych przykładów zastosowania systemów cyfrowej telewizji CCTV. Oto najważniejsze z nich:
-
Sektor samorządowy: monitoring centrów miast, obiektów skupiających dużą liczbę ludności, ulic i dróg wylotowych z miast jest znacznie prostszy przy wykorzystaniu cyfrowych kamer. Zainstalowanie zwykłej infrastruktury analogowej telewizji przemysłowej jest drogie, zaś kamery cyfrowe, dołączone bezpośrednio do bezprzewodowej sieci komórkowej GSM, mogą przekazywać obraz bezpośrednio do centrali zarządzającej.
-
Handel: sklepy stale są narażone na ryzyko kradzieży czy nawet czynnej napaści na kasjerów. Kamery nie tylko pozwalają zarejestrować twarz ewentualnego przestępcy, ale i sama ich obecność może zniechęcić do nielegalnych działań.
-
Bankowość: kamery cyfrowe są wykorzystywane w większości bankomatów, gdzie rejestrowana jest nie tylko twarz osoby dokonującej transakcji, ale także postać zbliżająca się do bankomatu, nawet jeśli nie dokona żadnej transakcji.
-
Edukacja: rosnąca przestępczość w szkołach to duży problem społeczny. Kamery w szkolnych korytarzach zapewniają bezpieczeństwo uczniów.
-
Przemysł: załoga w fabrykach może mieć podgląd całej linii produkcyjnej – szczególnie tam, gdzie obecność człowieka jest niemożliwa lub niewskazana (zagrożenie zdrowia, życia lub „czystości” procesu produkcyjnego). W skali całej produkcji daje to bardzo duże oszczędności. W magazynach monitoring minimalizuje ryzyko kradzieży towaru.
Ściana wizyjna
Ściana wizyjna Mitsubishi Electric zbudowana z ekranów 67” tylnoprojekcyjnych DLP (Digital Light Processing) zainstalowana przez Computex Telecommunication w Centralnym Ośrodku Nadzoru Morskiego Oddziału Straży Granicznej będzie wykorzystana do nadzoru i monitoringu elementów zautomatyzowanego systemu radarowego.
Technologię opracowano w Texas Instruments, oparta jest na systemie mikronowej wielkości luster, które tworzą moduły DMD (Digital Micromirror Device). Odbijające wyłącznie światło padające pod odpowiednim kątem moduły DMD nie absorbują ciepła, dzięki czemu uniknięto wypalania się poszczególnych pikseli ekranu. W praktyce oznacza to znaczne wydłużenie żywotności ekranów DLP.
Oferowane przez Mitsubishi Electric ściany wizyjne DLP są dobrym rozwiązaniem dla centrów zarządzania i monitoringu: operatorów telekomunikacyjnych, energetyki, centrów zarządzania kryzysowego, wojskowych sztabów dowodzenia itp.
Autor: Krzysztof Jakubik