IP камеры с функцией слежения за объектами

Фиксированный объектив
Для фиксированных объективов характерна конкретная величина фокусного расстояния и угла обзора. Изменить параметры нельзя. Монофокальные устройства простые в использовании и недорогие. 
Объективы с постоянным фокусным расстоянием обладают лучшим качеством передачи изображения и, как правило, более низкой ценой. Но при этом требуют известного и точного расстояния до объекта съемки, уже на этапе выбора оборудования.
Они хорошо подходят для организации постоянного видеонаблюдения, где не придется переносить камеры с одного места на другое.

Вариофокальный объектив
Вариофокальные объективы обладают изменяемым вручную фокусным расстоянием, что дает возможность настраивать угол обзора камеры на оптимальное изображение.

Вы сможете детально настроить угол обзора под конкретные цели. Ну и, конечно же, после установки камеры возможно провести корректировку фокусного расстояния - это ключевой параметр объектива. Если требуется вести наблюдение за внушительным по размерам объектом, тогда целесообразно использовать широкий угол. 
Объективы узконаправленные позволяют четко видеть конкретный объект. Присутствует возможность масштабирования. Вы получаете детализированную картинку в онлайн режиме. Такой вариант объективов используется на кассах, в банках, где проводят операции с деньгами, промышленных объектах.

Моторизованный объектив
Моторизованные объективы оснащены специальным электроприводом, который позволяет удаленно масштабировать и фокусировать изображения. 
Такое оборудование используют при наблюдении за удаленным объектом, когда необходимо приблизить и рассмотреть небольшие детали. Оператор получает возможность осуществлять удаленную настройку угла обзора и фокусировку камеры, а также увеличивает изображение до нужных размеров.

Без объектива
Некоторые видеокамеры поставляются без объектива, что бы Вы сами могли выбрать нужную Вам оптику.

Фокусное расстояние объектива камеры видеонаблюдения- это параметр видеокамеры, который мы берем за основу при расчете зоны видеонаблюдения.  От его величины и физического размера матрицы зависит угол обзора объектива. 

Фокусное расстояние напрямую связано с углом обзора, то есть с площадью участка, который будет виден в кадре. Чем меньше миллиметров указано в параметрах модели, тем шире будет угол, и наоборот, большое фокусное расстояние означает охват небольшой территории.
Например, для видеонаблюдения на автомобильных парковках, в скверах, на площадях используют оборудование с фокусным расстоянием от 2 до 6 мм. Для систем, требующих детального изображения отдельных объектов, подходят устройства от 6 до 12 мм. Их используют на камерах, установленных в операционных залах банков, над кассами в магазинах и т. д.

Часто возникают ситуации, когда нет возможности четко определить зону контроля видеокамерой, или возникает необходимость менять размер этой зоны, но с небольшой периодичностью. Бывает и так, что человек хочет на месте более точно определить зону контроля. В этих случаях поможет камера с вариофокальным объективом, на которых можно менять без особых проблем фокусное расстояние вручную. Если же у вас возникает потребность приблизить или отдалить объект оперативно, то можно использовать камеру с моторизированным объективом.


 Для фиксированных объективов характерна конкретная величина фокусного расстояния и угла обзора 2,8 мм; 3,6 мм; 4 мм; 6 мм и др. Изменить параметры нельзя.
Они хорошо подходят для организации постоянного видеонаблюдения, где не придется переносить камеры с одного места на другое.

Вариофокальные объективы обладают изменяемым вручную фокусным расстоянием, определенным диапазоном: 2,8-12 мм; 3,3-10 мм и т.п, что дает возможность настраивать угол обзора камеры на оптимальное изображение.
Вы сможете детально настроить угол обзора под конкретные цели. Ну и, конечно же, после установки камеры возможно провести корректировку фокусного расстояния.

Значение кадровой частоты это важная особенность при разработке любой системы видеонаблюдения.

Что такое частота кадров (FPS)?
Частота кадров, частота кадросмен (с англ. Frames per Second (FPS), Frame rate, Frame frequency) – это количество сменяемых кадров за единицу времени. 24 к/с - это общемировой стандарт частоты киносъёмки и проекции. В практике видеонаблюдения 10 – 15 к/с это оптимальное значение частоты кадров для практически любого объекта видеонаблюдения, при этом, такое значение позволит значительно увеличить время записи архива.

Визуально разница между видео, записанным со скоростью 30 кадров в секунду, и видео, записанным со скоростью 15 кадров в секунду, абсолютно минимальна. Если показывать их рядом, вы вряд ли сможете заметить разницу. Запись со скоростью 15 кадров в секунду дает качественный видеопоток, занимающий всего лишь половину пространства от того, которое займет видео, записанное с кадровой частотой 30 кадров в секунду.


Но, есть и исключения из правил, например в казино, на кассах супермаркетах, при определении автономеров и распознавании лиц для записи необходимо устанавливать большую частоту кадров. Получить четкое изображение лица движущегося человека может быть непросто, так как в движении голова естественным образом движется из стороны в сторону. И чем больше частота кадров записи, тем больше будет получено четких снимков объекта видеонаблюдения.

Также, не забывайте, что на одном объекте можно и комбинировать, то есть для важных областей можно ставить высокую частоту кадров, а на других областях низкую.

Заявленная производителем минимальная освещенность, в отличие от чувствительности, в видеонаблюдении не имеет чёткого определения. Обычно так называют минимальное значение освещенности объекта, при котором данная камера способна формировать «различимые» электронные изображения. По этой причине минимальную освещенность измеряют в люксах.



 Чем меньше минимальный уровень освещенности, тем меньше нужно света для формирования качественного изображения. А так как преступления часто совершаются именно в темное время суток, значение минимальной освещенности, приобретает более все важное значение, и все более высокую цену. А нестандартизированность измерений освещенности, оставляет производителям широкий простор для манипуляций. Чем они и пользуются.

Первый момент требующий внимания заключается в том, что понятие «различимые электронные изображения» весьма растяжимо, разные производители используют его по разному, и т.е. у разных производителей разное понимание «различимости изображения». Большинство производителей не приводят в паспортах на камеры, примеры изображения которые можно получить при минимальной освещенности объекта указанной производителем.

Второй предмет для манипуляций, это указание минимальной освещенности на объекте (освещённость сцены) в противовес указанию величины минимальной освещенности на поверхности сенсора. Это далеко не одно и то же.
При указании минимальной освещённости сцены обязательно указание F-числа объектива.
Например: «0,1 лк на объекте с 80-процентной отражательной способностью, при F-числе объектива F1,4.»
Отражательная способность объекта, является важным параметром для оценки минимальной освещенности объекта.

Если же указывается минимальная освещенность на поверхности сенсора (в видеонаблюдении это делается нечасто, но бывает), то ряд факторов (например, отражательная способность и характеристики светопропускной способности объектива) выпадают из рассмотрения вовсе.

Поэтому все эти факторы придётся компенсировать при вычислении эквивалентной освещенности на объекте, изображение которого проецируется на сенсор.

Пример видеоизображения с камеры Sony SNC-VB770 позволяющей формировать полноцветное видео при освещенностях до 0,004 лк.

Диафрагма объектива

Возможность управления диафрагмой объектива камеры играет важную роль для получения качественного изображения. Диафрагма поддерживает оптимальный уровень света, попадающего на матрицу, при котором картинка будет четкой, резкой и правильно экспонированной, с хорошей контрастностью и разрешением. С помощью диафрагмы можно также менять глубину резкости.

Автоматическое изменение диафрагмы

Автоматическая диафрагма (АРД) сама определяет степень освещенности и автоматически регулирует степень открытия затвора камеры. Автоматическая диафрагма, прекрасно подходит к применению на улице, но не всегда будет уместна в помещении. Дело в том, что при изменении размера диафрагмы у камеры изменяется глубина резкости, что увеличивает вероятность расфокусировки. Поэтому при стабильном и достаточно хорошем освещении лучше использовать оптику с ручной диафрагмой и режим электронного затвора на камере.

Ручное изменение диафрагмы

Регулировка диафрагмы вручную осуществляется поворотом кольца на объективе, в результате чего происходит открывание или закрывание отверстия диафрагмы.
Основное место применения объективов с ручной диафрагмой - закрытые помещения, причем с небольшой площадью окон, и желательно не с южной стороны. С относительно небольшими перепадами освещенности там вполне может справиться электронный затвор (путем изменения времени экспозиции ПЗС-матрицы).
Если же освещенность меняется, как это происходит при видеонаблюдении в уличных условиях, то использовать объективы с ручным изменением диафрагмы не рекомендуется.

Фиксированная диафрагма

Объективы с фиксированной диафрагмой является самыми простыми. У таких объективов обычно нет никаких регулировок, они не имеют движущихся составных частей, а значит, они дешевы, надежны и предельно просты в установке и обслуживании. Объективы с фиксированной диафрагмой в подавляющем большинстве случаев поставляется вместе с камерой и в настройке вообще не нуждается.

P-Iris

Это автоматический способ точного управления диафрагмой, разработанный компаниями Axis Communications (Швеция) и Kowa (Япония). Для управления используется объектив с диафрагмой P-Iris, оснащенный электроприводом и специальное программное обеспечение. В системе предусмотрено исправление недостатков объектива с автоматической диафрагмой путем улучшения контраста, четкости, разрешения и глубины резкости изображений.

При ярком свете система P-Iris ограничивает уменьшение диаметра отверстия диафрагмы, чтобы избежать размытия изображения в результате дифракции световых лучей при слишком маленьком размере отверстия. Это типичная ситуация для камер с объективом, оснащенным DC-диафрагмой, в сочетании с мегапиксельными датчиками изображений с малым размером пикселей. Возможность избежать появления дифракции, но при этом воспользоваться преимуществами автоматического управления диафрагмой имеет огромное значение при работе систем охранного видеонаблюдения в условиях улицы.

Степень открытия отверстия в объективе с диафрагмой P-Iris точно регулируется электроприводом. С помощью программного обеспечения, оптимизирующего работу объектива и датчика изображения, система P-Iris автоматически обеспечивает наилучшую настройку диафрагмы для получения оптимального качества изображения при любых условиях освещения.

В сетевых камерах Axis, оснащенных диафрагмой P-Iris, в интерфейсе пользователя имеется шкала F-чисел, соответствующая диапазону размеров диафрагмы от самого большого до самого маленького диаметра. Это позволяет пользователю задать нужное положение диафрагмы, которое будет соответствовать значению, выставляемому в автоматическом режиме для большинства условий освещенности.

Общий стандарта безопасности для IP камер Open Network Video Interface Forum (ONVIF) призван решить проблему несовместимости оборудования различных производителей для упрощения создания системы видеонаблюдения на базе IP камер. Протокол ONVIF имеет стандартизированный цифровой интерфейс оборудования для видеонаблюдения, и объединяет в себе такие аспекты взаимодействия оборудования, как:
• Сжатие и передача видео- и аудиопотока
• Настройка потоковой передачи видеоданных
• Видеоаналитика;
• Обнаружение IP-устройств
• Регулирование профилей работы камеры
• Управление поворотными камерами (PTZ)
• Входы и выходы для подключения тревожных датчиков
• Обнаружение движения
• Защита и контроль доступа (шифрование и т. д.)

Концепция профилей ONVIF, подразумевает разделение версий ONVIF протокола на определенные профили для упрощения проверки соответствия оборудования для IP видеонаблюдения без необходимости анализа технических деталей устройств и позволяет легко определять функции, поддерживаемые тем или иным устройством без необходимости анализа совместимости между версиями ONVIF.

На сегодняшний день существует 6 профилей стандарта ONVIF, последний из которых находится пока в стадии тестирования:
• Profile Q – необходим для управления ключами доступа и TLS сертификатами и быстрой установки совместимого оборудования

• Profile G – с появлением данного профиля стало возможным локальное хранение, поиск и извлечение данных, настройка фильтров для более эффективного поиска, и т. д.

• Profile C – необходим для объединения устройств СКУД и управления их основными функциями. Поддерживает интеграцию с физической системой контроля доступа, с возможностью взаимодействия между СКУД и сетевыми видеосистемами. Благодаря данному профилю можно узнать информацию о точках доступа и состоянии двери (открыта или закрыта), а также другую информацию, связанную с основными направлениями деятельности управления дверьми – запирание и отпирание дверей, время открытия и закрытия двери и т. д.

• Profile S – ориентирован на системы потокового IP видеонаблюдения. После выхода данного профиля версии ONVIF 1.0 и 2.0 стали полностью совместимы между собой;

• Profile A – осуществление конфигурации повседневного контроля доступа, окончание реализации намечено на конец 2016 года;

• Profile T – ориентирован на алгоритмизацию обработки видеоизображений, пока находится на стадии разработки, окончательное введение планируется на 2018 год.

Итак, принятие профилей ONVIF позволило легко определять функции, поддерживаемые тем или иным устройством без необходимости анализа совместимости между версиями ONVIF.

Улучшение изображения

WDR
При сложных условиях освещения, когда в сцене одновременно присутствуют одновременно и яркие и затемненные участки, изображения получаемые в таких условиях будут либо недоэкспонированными, либо переэкспонированными, что затрудняет или делает невозможной идентификацию объектов и людей.


Примеры изображений с одновременным присутствием ярких и затемненных участков, именно такие условия съемки требуют использования WDR  

Технология WDR (Wide Dynamic Range – широкий динамический диапазон) – это технология, позволяющая получать высокое качество изображений при резком перепаде уровней освещенности. Другое название – HDR или «высокий динамический диапазон».

Наиболее распространённый метод получения широкого динамического диапазона базируется на матрицах Double Scan или QuadroScan. Для каждого кадра матрица делает два или четыре сканирования с разной выдержкой электронного затвора и формирует предварительные изображения - одно с длинной выдержкой для осветления всех темных частей кадра, другое с короткой выдержкой с более корректным отображением переосвещенных участков. После этого фрагменты с лучшей передачей контраста суммируются в результирующий кадр сбалансированный по яркости. 


Наиболее целесообразным использование камер с WDR в следующих случаях:

•  Вблизи входных дверей, когда снаружи дневной свет, а внутри более слабое освещение
•  В крытых автостоянках или туннелях с дневным светом снаружи и более слабым освещением внутри
•  Уличные территории, где есть прямой солнечный свет и глубокие тени
•  Офисные здания или торговые центры с большим количеством света, отраженного от окон

Еще одна полезная функция WDR компенсация фоновой засветки. Она позволяет делать видимыми объекты в темных областях на очень ярком фоне (например, в свете фар автомобиля).

IP-камеры с аппаратным WDR обычно дороже, так как требуют более мощного процессора, способного обрабатывать видео с частотой до 60 кадров в секунду. Фактически ведь каждый кадр камера снимает дважды с разной экспозицией: с длинной выдержкой чтобы проявить затемненные участки и с короткой выдержкой – чтобы четко показать ярко освещенные зоны на сцене.

Digital WDR
Цифровой WDR (Digital WDR или сокращенно DWDR) в отличии от аппаратного более распространен в виду своей дешевизны.

Цифровой WDR, как следует из названия, осуществляет цифровую обработку видеоизображения, программно повышая уровни в темных зонах сцены и, наоборот, подрезая уровни на пересвеченных участках. Данный метод эффективен только в ограниченных пределах. Ведь если в кадре нет информации о каком-то объекте (темный предмет полностью теряется на темном фоне), то как ни усиливай уровни – он не станет видимым.

Компенсации яркой засветки (HLC)
HLC (англ. High Light Compensation) - функция компенсации засветки возникающей от ярких лучей автомобильных фар или любых иных прожекторов.


Технология HLC обнаруживает яркий источник света на изображении и уменьшает экспозицию в этих областях с целью повысить общее качество изображения. В случае, когда вы собираетесь делать съемку сцены или предмета, но между ним и камерой находится посторонний источник интенсивного света (например, фары, уличные фонари), общий снимок может получиться слишком темным. Если у вас нет WDR, тогда используйте HLC. Камера автоматически справится с источниками яркого света и обеспечит правильную экспозицию соседних зон.

Компенсация встречной засветки (BLC)
Позволяет компенсировать излишнее освещение заднего фона. Источником такого освещения как правило выступает, окно или стеклянные двери.

Видеодемонстрация функции BLC

BLC - устаревшая техника, использующая DSP для увеличения уровня экспозиции всего изображения. Вместо того, чтобы привести яркость на переэкспонированных и недоэкспонированных участках изображения к балансу, как это делает аппаратный WDR, она осветляет изображение целиком. Данная техника является хорошим решением для предотвращения размытости изображений, которые уже и так имеют чрезмерную освещенность.

Цифровое подавление шумов (DNR)
Цифровое шумоподавление DNR (на англ. Digital Noise Reduction) -  специализированная функция микропроцессора по подавлению шумов на изображении, появляющихся при низкой освещенности. 

У разных производителей функция имеет разные варианты названий: DNR, 2DNR, 3D-DNR, SSNR (Samsung Signal Noise Reduction), .

«Традиционная» DNR
В основе традиционной технологии DNR лежит временной анализ видеосигнала. Алгоритм работы DNR состоит в сравнении одного кадра с другим и устранении тех крошечных особенностей отдельного кадра, которые выбиваются из правильного течения видеоряда. Иными словами, данным методом выявляются те пиксели, которые изменяются от кадра к кадру без какой-либо причины. Смысл этого преобразования состоит в том, что за счет смешивания кадров общий уровень шума в изображении снижается.
В целом традиционная DNR устраняет лишь шумы и нежелательные данные, найденные в ближней части сцены. Обработку с целью устранения видимых шумов проходят только объекты, находящиеся вблизи от камеры, а все, что принадлежит фону, остается необработанным.

3D DNR
Технология 3D DNR — это шаг вперед в развитии DNR. При ее использовании не только выполняется традиционное понижение шумов за счет сравнения кадров, но снижаются пространственные шумы.
Пространственное снижение шумов состоит в сравнении пикселей с соседними пикселями и нахождении нежелательных шумов в пределах одного кадра. При этом происходит обработка всего кадра в целом и удаление цифровых артефактов и зернистости, а также увеличивается четкость и резкость картинки. Вся сцена обрабатывается так, что каждая часть изображения становится четкой и свободной от шумов.



Следует отметить, что, очищая изображение от шумов, можно его испортить. Процедура очистки может исказить цветопередачу или привести к размытию изображения. 
3D DNR обеспечивает более чистый сигнал, что позволяет при его сжатии экономить дисковое пространство. Кроме того, камеры, оснащенные технологией 3D DNR, дают более резкое изображение, что облегчает идентификацию тех, кто попал в кадр. Наконец, технология 3D DNR повышает эффективность обнаружения движения в системе видеонаблюдения — детектор лучше отличает истинное движение от помех, особенно при низкой освещенности.

AWB
AWB (Automatic White Balance) — автоматический баланс белого. Функция компенсирует искажения цветов, вызванные разными источниками освещения (солнечный свет, лампа накаливания или флуоресцентный свет), отсекая ненужный спектр света. При этом камера устанавливает температуру изображения цвета таким образом, чтобы получившиеся цвета на изображении имели те же оттенки и выглядели в точности так же, как происходит их восприятие невооруженным глазом.



Баланс белого может устанавливаться как автоматически , так и вручную. Наиболее часто начальную настройку камеры производят, помещая белый объект перед объективом в момент включения питания. При такой настройке в память камеры заносятся параметры цветокоррекции, характерные для используемого в месте съемки источника света. 

Во многих моделях камер предусмотрена возможность сброса баланса белого, позволяющая не отключать питание камеры ради настройки баланса. Качество коррекции цветов, естественно, зависит не только от сенсора, но и от того, как решена электронная схема автобалансировки белого.

Несмотря на то, что в большинстве современных камер баланс белого устанавливается автоматически, производители обычно оставляют возможность и ручной настройки. Вручную можно установить как минимум две градации — «на улице» и «в помещении». 
В более простых моделях могут быть предусмотрены поворотные регуляторы для непосредственной настройки, однако их использование сопряжено с определёнными неудобствами, в частности, с необходимостью наличия в непосредственном доступе уже настроенной камеры.

В более продвинутых камерах используется aвтотpeкинг баланса белого (automatic tracking white balance, ATWB), осуществляющий непрерывную подстройку цветокоррекции по мере изменения положения камеры или характеристик источников света. В особенности это удобно для поворотных камер с зумом, а также в сценах, где присутствует
комбинация естественного и искусственного освещения. При панорамировании камеры ме жд у участком сцены, освещенном лампами накаливания, и, к примеру, зоной, куда падают лучи солнечного света, систем а ATWB подстраивает параметры коррекции в процессе углового перемещения камеры.

LSC
Режим компенсации затенения объектива (англ. Lens Shadow Compensation). Данная функция еще не так распространена на рынке видеонаблюдения. Ее задача — увеличивать яркость картинки по углам изображения. Дело в том, что варифокальные объективы при установке максимального угла обзора затемняют края картинки, тут на помощь и может прийти технология LSC. 



Данная функция программно увеличивает яркость по углам, в результате чего восстанавливается поле зрения камеры. Внимание! Могут быть случаи, когда темные углы изображения — не оптическое искажение, а реальная особенность освещения объекта. В данном случае функцию нужно просто выключить.

ROI
Область интереса (англ. Region Of Interest). Технология позволяет устанавливать повышенное качество изображения в выделенных областях, выбранных на экране. 


Выделенная на кадре область записывается с максимальным качеством, остальная часть изображения записывается с меньшим разрешением. 
Использование данной функции значительно снижает трафик и место, занимаемое под видеоархив.

EIS
Электронная стабилизация изображения  (англ. Electronic image stabilization)
Система электронной стабилизации изображения (EIS) обеспечивает четкость видео в ситуациях, когда камера подвержена вибрации. 


Камеры, установленные на высоком столбе или у автодороги с оживленным движением, может трястись и вибрировать из-за ветра или проезжающих с большой скоростью машин, из-за чего изображения размываются и на них трудно что-либо рассмотреть. 
Система EIS эффективно снижает влияние вибраций и тряски, позволяя получать информативные изображения без дополнительных расходов на специальные способы монтажа.

DeFog
Удаление дымки или «Антитуман» - это функция позволяет компенсировать размытость видеоизображения, наиболее часто возникающую в условиях тумана.
Уличные камеры видеонаблюдения часто ведут съемку в условиях, когда воздух утратил прозрачность. Это сильно сказывается на качестве изображения — снимаемые предметы становятся плохо различимыми. Исправить ситуацию и наблюдать качественную картинку в этом случае помогает функция камер, именуемая «Антитуман», или Defog.

Ухудшение видимости и, как следствие, качества изображения, вызывают дождь, снег, туман, пыль, поднимаемая ветром, дым, идущий от огня или из заводских труб. На изображении появляется плотный серый налет, снижается резкость контуров и контрастность. Оператору становится трудно различить происходящее. Даже то, что можно разглядеть на изображении, плохо воспринимается человеком. Становится невозможно идентифицировать попавших в кадр людей по чертам лица или одежде. Об автоматическом распознавании номеров автомобилей или лиц людей в этих условиях не может быть и речи.

Функция «Антитуман», позволяющая избежать этих последствий, реализована за счёт обработки изображения в процессоре. При этом могут использоваться несколько разных методов. Один из них — выравнивание общей гистограммы кадра, на которой отображается относительное количество точек с различными оттенками серого. В ходе автоматической обработки кадра производится растягивание такой гистограммы на весь диапазон оттенков серого, что повышает контрастность изображения.

Более качественный результат дает локальное выравнивание гистограмм�