وضوح تصویر در دوربین های مداربسته مختلف

وضوح تصویر تحت تاثیر ابعاد و فاصله ی هدف داخل صحنه قرار دارد . برای توضیح این تاثیرات ، سیستم تشخیص چهره ای که برای درب ورودی فرودگاه استفاده می شود را در نظر بگیرید ، عرض محدوده ی درب ورودی در حدود ۲۰ متر است و باید در این محدوده چهره افراد قابل تشخیص باشد. در این مطلب به بررسی وضوح تصویر در دوربین های مداربسته مختلف می پردازیم.

در این مثال میدان دید عمودی مورد نیاز کمتر تخمین زده شده است . طراح با ترکیب وضوح تصویر لازم و ابعاد محدوده ی تحت پوشش ویدئوی حفاظتی (در این مثال درب ورودی فرودگاه ۲۰ در کمتر است) می تواند تعداد پیکسل های مورد نیاز برای پوشش ص حنه را محاسبه کند (به جداول ۴-۸ و ۴-۹ مراجعه شود) .

در شکل ۴-۳۰ چهره فردی با چهار وضوح تصویر مختلف نشان داده شده است . از آنجایی که اکثر افراد بزرگسال عرض چهره ی مشابه ای دارند (در حدود ۰٫۱۵ متر) ، تعیین ابعاد چهره افراد کار آسانی است .

شکل 4 -۳۰ تاثیر افزایش وضوح تصویر بر جزئیات تصویر در تصاویر بالا برای نمایش هر سطر  چهره از ۸ ، ۱۶ ، ۳۲ و ۶۴ پیکسل استفاده شده است .

جایگزین هایی که در دو تصویر انتهایی شکل ۴-۳۰ ارائه شده اند (یعنی ۳۲ و ۶۴ پیکسل) برای سیستم های تشخیص چهره گزینه های مناسبی هستند .

جدول  4 -۸ تعداد پیکسل های لازم برای نمایش چهره ای با عرض ۰٫۱۵ متر ( 6 اینچ) .

نکته: به عنوان مثال ، در خط اول برای محاسبه تعداد پیکسل های افقی باید این محاسبه انجام شود (در حدود ۱۰۷۰) 1067 = 8 × 15/0/20

تعداد دوربین های سیستم ویدئوی حفاطتی با تعیین وضوح تصویر قابل محاسبه هستند . در جدول ۴-۹ انواع روش های ترکیب دوربین ها و مزایای استفاده از دوربین های مگاپیکسلی نشان داده شده است .

جدول 4 – 9 تعداد دوربین های لازم برای ایجاد پوشش ویدئوی حفاظتی.

مثال های جدول ۴-۹ نشان می دهند که برای رسیدن به وضوح تصویر بالاتر به هزینه ی بیشتر و به عبارت دیگر به تعداد دوربین بیشتری نیاز است . اگر برای ایجاد پوشش ویدئوی حفاظتی از طراحی شماره ۴ استفاده شود به ۲۸ دوربین VGA نیاز است ولی در صورت استفاده از دوربین های ۲مگاپیکسلی به جای این ۲۸ دوربین ، برای پوشش منطقه فقط به ۶ دوربین نیاز است .

قالب های H.264  ،  MPEG – 4 و JPEG متحرک پرکاربردترین روش های فشرده سازی ویدئو هستند . این قالب ها از ساز و کارهای متفاوتی برای کاهش حجم اطلاعات استفاده می کنند و هر کدام مزایا و معایبی دارند .

قدرت مانور سیستم هایی که تجهیزات آنها از چند نوع قالب فشرده سازی استاندارد پشتیبانی می کنند . در نمایش بهتر ویدئو و ذخیره آن بیشتر است . به عنوان مثال در برخی سیستم ها از قالب 4-MPEG برای نمایش زنده ویدئو و از قالب JPEG برای ذخیره آن استفاده می شود .

در انتخاب نوع فشرده سازی می توان از توصیه های زیر استفاده کرد:

• JPEG متحرک: این قالب فشرده سازی برای سیستم های کوچک با تجهیزات ویدئویی محدود و سیستم هایی با نرخ فریم در ثانیه کمتر از fps 5 ، پهنای باند نامعلوم و دارای دوربین های کنترل از راه دور مناسب است.
• 4-MPEG: این قالب فشرده سازی برای سیستم های متوسط و بزرگ مناسب است . ارزش قالب 4-MPEG بیشتر در سیستم هایی با نرخ فریم در ثانیه بالاتر و زمان تاخیر طولانی تر نمایان می شود . همچنین این قالب برای سیستم هایی که پهنای باند ثابت ولی محدودی دارند ، مناسب است .
• 264 .H: این روش علاوه بر داشتن تمامی مزایای روش 4-MPEG ، در صرفه جویی پهنای باند و فضای ذخیره سازی دوبرابر قوی تر عمل می کند .

دسته بندی دوربین های حفاظتی از نظر کاربری

دسته بندی قطعی برای دوربین حفاظتی وجود ندارد . انتخاب درست تجهیزات و دوربین حفاظتی کاملاً بر اساس نیازمندی های کاربری است و برای داشتن کیفیت مناسب لزوما نیازی به پرداخت هزینه های بیشتر نیست .

در جدول ۵-۱ دوربین های حفاظتی به سه دسته ی کاربری تقسیم شده اند . گروه دوربین های تجاری زیر ۴۰۰ هزار تومان قیمت دارند و برای خرید دوربین های حرفه ای باید بین ۵ تا ۵۰ میلیون تومان هزینه کرد .

قیمت دوربین های فوق حرفه ای بنا به نوع کاربری بیش از ۴۰ میلیون تومان است و در موارد خاص قیمت آنها به ۵۰۰ میلیون تومان نیز می رسد .

جدول ۵-۱ دسته بندی دوربین حفاظتی از نظر کاربری

دوربین های تجاری

در سال های اخیر بازار دوربین های باسیم و بی سیم تجاری شاهد رشد چشمگیر تقاضا بوده است و برندهای Linksys  ، D – Link, Swann و Lorex با قیمت زیر ۴۰۰ هزار تومان و حتی زیر ۲۰۰ هزار تومان لنزهای فاصله ی کانونی ثابت خوبی برای این بازار جدید تولید کرده اند .

از قطعات و لنزهای ساخت همین برندهای معروف در دوربین های با کیفیت تجاری با قیمت حدودی ۴۰۰ هزار تومان استفاده می شود.

دوربین های ارزان قیمت زیر ۱۶۰ هزار تومان هم در این دسته قرار می گیرند و جنس لنز اکثر آنها از شیشه درجه دو و در برخی موارد پلاستیک تزریقی یا پلاستیک شفاف است .

این دوربین ها برای کار در داخل ساختمان و آب و هوای ملایم ساخته شده اند و در برابر شرایط بد جوی (اکثر لنزهای پلاستیک۔ شفاف و حتى لنزهای پلاستیک تزریقی) عملکرد پایدار و خوبی ندارند .

اگر برای یک مدت کوتاه قصد کنترل خارج ساختمانی را دارید و به دنبال دوربین ارزان هستید ، این دوربین های ارزان قیمت گزینه مناسبی هستند و کاربری آنها با اضافه کردن نورافکن مادون قرمز به شبانه روزی می شود . با این وجود همان گونه که پیش از این گفته شد ، بهتر است این دوربین ها در محیط های داخل ساختمانی استفاده شوند .

دوربین های حرفه ای

در تولید دوربین های حرفه ای از قطعات اپتیکی آلمانی و ژاپنی ، لنزهای قدرتمند بزرگنما ، حسگرهای بسیار با کیفیت و محفظه های بادوام و مقاوم در برابر شرایط بد جوی (محفظه جداگانه فروخته می شود) استفاده می شود .

در شکل ۵-۱ مقایسه کیفیت دوربین های تجاری و حرفه ای خروجی دو دوربین نشان داده شده اند . تصویر سمت چپ مربوط به دوربین ثابت ۱۸۰ هزار تومانی است که از زمان نصب آن کمتر از ۲سال می گذرد .

این دوربین مجهز به ۳۶ عدد LED مادون قرمز (عمق دید تا ۱۰ متر) است و از لنز پلاستیکی استفاده می کند . تصویر سمت راست مربوط به دوربین گنبدی PTZ حرفه ای با قیمت ۶ میلیون تومان است و از زمان نصب آن حدود ۱۰ سال می گذرد که البته قیمت آن تا حالا أفت زیادی داشته است .

شکل ۵-۱ مقایسه لنز شیشه ای (دوربین حرفه ای) و پلاستیکی (دوربین تجاری) .

دوربین های حرفه ای درون محفظه های نگهدارنده ضدخرابکاری قرار داده می شوند تا از دستکاری آنها جلوگیری شود (شکل ۵-۲) .

شکل ۵-۲ محفظه ضدخرابکاری .

دوربین های فوق حرفه ای

دوربین های فوق حرفه ای نیازمندی های غیر معمول برخی از کاربری ها را پوشش می دهند . به عنوان مثال دوربین در برخی از کاربری های شبانه باید قدرت تشخیص و شناسایی افراد را در فاصله ۱۵۰۰ متری داشته باشد .

برای چنین موردی و کاربری های مشابه تا فاصله ی ۹ کیلومتری باید از لرزه گیرهای حرفه ای و لنزهای بزرگنمای بسیار قدرتمند و پربازده استفاده شود .

دوربین های دوربرد مطرحی نظیر سری Discover شرکت , Vumii the sierra Pacific IR360 , EV3000 Eaglevision ,  Quickset GeminHye و  FLIR (مخترع فن آوری فیلم برداری حرارتی برای اکثر تولید کنندگان دوربین) برای این کار طراحی شده اند .

شرکت Vumii یکی از برترین سازندگان سیستم های ویدئوی – حفاظتی شبانه است و سری Discover آن از نورافکن های مادون قرمز لیزری و هماهنگ با حسگر CCD دوربین استفاده می کند . این دوربین ها به وسیله ی این نورافکن ها قادرند در روز تا فاصله ۹ کیلومتری و  در شب تا فاصله ۴٫۵ کیلومتری از دوربین را رصد کنند .

وجه تمایز دوربین های دور برد از دوربین های مادون قرمز تجاری قدرت بالای آنها در فیلم برداری است . این دسته از دوربین ها شبیه اکثر دوربین های حفاظتی در طرح های مختلفی نظیر دوربین ثابت با لنز فاصله ی کانونی ثابت یا PTZ مجهز به لنزهای بزرگنمای قدرتمند ساخته می شوند .

دوربین های فوق حرفه ای گران قیمت هستند و به دلیل کاربردهای خاصی که دارند در دسترس عموم قرار ندارند . به عنوان مثال از ترکیب شیشه ی جرمانيوم (Germanium) در ساخت لنز و محفظه نگهدارنده دوربین های حرارتی استفاده می شود تا دوربین بتواند در مقیاس اتمی نور مادون قرمز ساطع شده از اجسام را فیلم برداری کند و به همین علت قیمت دوربین های حرارتی بسیار بالا است .

فریم در ثانیه

چشم انسان قادر نیست بیشتر از ۷ تا ۱۰ فریم در ثانیه (frame per second- fps )  را ببیند و به همین دلیل عدم دستیابی دوربین ها به سرعت ارسال ۳۰ فریم در ثانیه مشکل چندانی برای مشاهده تصاویر ضبط شده ایجاد نمی کند .

اما زمانی نرخ ارسال فریم پایین اهمیت پیدا می کند که سرعت وقوع اتفاقات در صحنه بیشتر از نرخ ارسال فریم دوربین شود ، در این شرایط برخی از اتفاقات درون صحنه به مرکز کنترل ارسال نمی شود و در نتیجه از دید نگهبانان پنهان می مانند .

علاوه بر این سرعت زیاد اجسام – متحرک باعث ایجاد پدیده شانه ای شدن تصویر می شود . در صورت پایین بودن نرخ ارسال فریم در تعقیب یک مظنون (شكل ۵-۳ب) ، جزئیاتی زیادی از حالات رفتاری وی در ویدئو ثبت نمی شود اما با استفاده از fps30 این مشکل حل می شود (شکل ۵-۳ الف) .

در طراحی سیستم های ویدئوی حفاظتی باید به این نکته توجه کرد که برای افزایش نرخ ارسال فریم باید پهنای باند ارسال و فضای ذخیره سازی افزایش داده شود . این مسئله باعث افزایش هزینه های خرید تجهیزات ذخیره سازی و ارسال اطلاعات و نیز اجاره خطوط انتقال اطلاعات می شود .

شکل ۵-۳ (الف): نرخ ارسال فریم fps 30 است . (ب): نرخ ارسال فریم fps 6 است .

برق مصرفی دوربین

برق مصرفی اغلب دوربین های حفاظتی بین ولتاژ ۱۲ ولت تا ۵۰ولت PoE است . اکثر دوربین های تجاری از آداپتورهای ۱۲ ولتی ارزان قیمت استفاده می کنند . تشخیص نوع ولتاژکاری دوربین بسیار مهم است .

به عنوان مثال ولتاژ ۲۴ ولت 24VDC ) DC ) با ولتاژ ۲۴ ولت 24VDC ) AC ) تفاوت دارد . در بسیاری از دوربین ها با توجه به نوع منبع تغذیه امکان انتخاب نوع ولتاژ کاری وجود دارد .

به عنوان مثال در دوربین های شبکه می توان ولتاژ کاری را از میان ولتاژ ۲۴ ولت PoE ،  24VAC یا  12VDC انتخاب کرد . در برخی از مدل های دوربین نظیر دوربین های شرکت های Altronix و Cantek برای جلوگیری از صدمه به دوربین در اثر نوسانات برقی فیوزهای چند کاناله و حتی چند ولتاژه کار گذاشته شده است .

چند نمونه از نحوه آماده سازی منبع تغذیه در ویدئوهای ۴ الی ۶ لوح فشرده ی ضمیمه ی کتاب آموزش داده شده است .

دوربین های داخل /  خارج ساختمانی

همان طور که پیش از این بیان شد ، عمر مفید دوربین های تجاری در محیط های داخلی و هوای معتدل افزایش می یابد و بلعکس در شرایط بدجوی عمر آنها کاهش شدیدی می یابد .

محفظه های نگهدارنده دوربین های حرفه ای مخصوص کاربری های خارج ساختمانی طراحی شده اند و بسیار بادوام هستند . در این محفظه ها گرم کننده هایی نصب شده است که در دماهای زیر صفر تجهیزات را گرم نگه می دارند و در دماهای پایین یا هوای مرطوب از ایجاد بخار روی شیشه یا محفظه گنبدی دوربین جلوگیری می کند .

دوربین های شبکه

وضوح تصویر بهتر ، کیفیت تصویر بالاتر و قابلیت های هوشمند پیش ساخته در دوربین های شبکه نسبت به دوربین های آنالوگ سبب گردیده است که روز به روز بر تقاضای استفاده از آنها افزوده شود .

در بخش های باقی مانده ی این فصل به معرفی انواع دوربین شبکه نظیر دوربین های گنبدی ، گنبدی PTZ ، PTZ  دیجیتالی و مگاپیکسلی پرداخته می شود . لازم به ذکر است نمونه آنالوگ تمام دوربین های معرفی شده در بازار موجود است .

بخش های تشکیل دهنده ی یک دوربین شبکه

دوربین شبکه دوربینی است که قابلیت اتصال به شبکه رایانه ای دارد و از بخش های زیر تشکیل شده است (شكل ۵-۴):

• لنز برای تجمیع پرتوهای نوری روی حسگر دوربین
• حسگر دوربین از نوع CCD یا CMOS
• یک یا چند پردازش گر داخلی برای پردازش تصویر ، فشرده سازی تصویر ، تحلیل ویدئو و آماده سازی ویدئو برای قرار گرفتن روی شبکه رایانه ای
• حافظه برای ذخیره سازی کدهای دائمی نرم افزار دوربین (Flash memory) و ثبت کوتاه مدت ویدئو (RAM) .

شکل ۵- 4 قسمت های تشکیل دهنده ی یک دوربین شبکه .

دوربین های شبکه مثل دوربین های آنالوگ محدودیتی در استفاده از قالب های تصویری PAL و NTSC ندارند و برای انتقال ویدئوی فشرده شدهی JPEG و یا 4-MPEG می توانند از امتیازات کابل های اترنت استفاده کنند .

این دوربین ها نسبت به دوربین های آنالوگ کوچک تر هستند و نیازی به تجهیزات کمکی نظیر سوئیچ های ماتریسی ندارند . در دوربین های شبکه نوع پیمایش تصویر را می توان از میان یکی از روش های جایگزین پیمایش محل تصویر و جلورونده انتخاب کرد .

این روش ها مشکلات روش پیمایش محل تصویر از قبیل پارگی تصویر را ندارند . در اکثر دوربین های شبکه یک حافظه ی دائمی وجود دارد که کاربر تحت وب از آن برای ذخیره ویدئوی دوربین در رایانه شخصی خود استفاده می کند (Local recording) . دوربین های شبکه قابلیت های پردازشی مفیدی دارند .

به عنوان مثال تشخیص اجسام متحرک ، بررسی هشدارها ، کنترل شنیداری و پخش پیام های هشدار دهنده ی صوتی از جمله آنها است . بازده دوربین های شبکه با یکدیگر متفاوت است و در شرایطی که نرخ ارسال فریم برخی از آنها کمتر از  fps 30  است ، این نرخ ارسال در برخی دیگر به بالاتر از fps ۶۰ هم می رسد .

امکان اتصال این دوربین ها به شبکه رایانه ای محلی و حتی شبکه های بین المللی وجود دارد . فقط لازم به ذکر است قابلیت شبکه شدن دوربین های شبکه باید بر اساس آخرین ویرایش پروتکل ها و امنیت شبکه باشد .