CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии

Владо Дамьяновски
«CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии»

Предисловие к русскому изданию

Книга, которую вы сейчас держите в руках, уже имеет свою историю. Еще в 2002 году издательство «Ай-Эс-Эс Пресс» (журнал «CCTV Фокус») получило исключительные права на перевод и издание на русском языке книги «CCTV» ведущего эксперта мирового уровня в области систем видеонаблюдения и охранного телевидения, австралийца Владо Дамьяновски. Российские специалисты давно ощущали острую нехватку информации в области теории и практики видеонаблюдения, ведь до сих пор таких книг на русском языке не издавалось. Поэтому мы были абсолютно уверены, что книга быстро найдет своего читателя.

Когда вышло первое издание этой книги, ее тираж составлял всего 1000 экземпляров. Нам казалось, что такой тираж сможет удовлетворить потребности сравнительно молодого российского рынка безопасности, и его хватит на несколько лет. Все наши предположения были моментально опровергнуты вами, наши читатели — тираж книги разошелся в течение двух месяцев. Для того чтобы удовлетворить потребности рынка, нам пришлось увеличить тираж первого издания, который в итоге составил 4000 экземпляров, что сопоставимо с англоязычным изданием, которое распространялось по всему миру.

Любопытно отметить, что этот приятный сюрприз не оказался неожиданным для самого автора книги.

Владо Дамьяновски на официальной презентации своей книги в России в ходе дискуссии со своими читателями заявил, что он ожидал очень многого от издания своей книги на русском языке, поскольку Россия по-прежнему остается самой читающей и любознательной страной.

Наше издательство постоянно ведет мониторинг зарубежных изданий (США, Германия, Великобритания, Франция), приобретает новые книги по аналогичной тематике, при этом до сих пор нам не удалось обнаружить ни одного издания, которое было бы сопоставимо по качеству, количеству и систематичности изложения представленного в ней материала. Конечно, на рынке присутствует немало полезных книг и публикаций с достаточно узкой специализацией (в частности, по видеонаблюдению), но лишь некоторая часть представленного материала вызывает интерес у российского читателя.

Книга содержит всесторонний анализ систем видеонаблюдения и охранного телевидения — чрезвычайно обширной области человеческой деятельности, объединяющей современные технологии в электронике, телекоммуникациях, оптике и оптоволокне, обработке и передаче видеоизображения, программировании. В книге рассматривается множество тем, связанных с технической стороной видеонаблюдения. Это и применение оптики, в частности, ряд вопросов и практических советов, связанных с использованием линз, общие характеристики телевизионных систем, средства передачи данных. Автор подробно объясняет принципы работы различного охранного оборудования (поворотных устройств, усилителей видеосигнала и т. п.). В книге рассматриваются также вопросы, связанные с передачей изображения по телефонным линиям и компьютерным сетям, особенностями видеомагнитофонов, мониторов, цифровой записи видеоизображения.

Помимо этого уделяется внимание вопросам проектирования систем видеонаблюдения и их эксплуатации. Автор опирается не только на собственный богатейший опыт работы, но и на многочисленные отзывы и рекомендации инсталляторов и пользователей систем видеонаблюдения.

Хорошо понимая, какая пропасть разделяет теорию и практику, Владо Дамьяновски попытался облегчить жизнь специалистам в области охранных технологий, включив в свою книгу множество рекомендаций.

Дополняют книгу подробный глоссарий терминов видеонаблюдения, список сайтов крупнейших производителей оборудования и мировых выставок по безопасности.

Новое издание книги представляет собой не простое переиздание популярной книги. Стремительное развитие цифровых и сетевых технологий привело к тому, что они быстро нашли применение и в системах видеонаблюдения. «Цифровая революция» в CCTV, которая свершилась буквально на наших глазах, нашла отражение и в новом издании книги. В него была включена подробнейшая информация о цифровых и сетевых технологиях, а также о практическом применении их в сфере видеонаблюдения. В предыдущих изданиях этот материал практически не был представлен. Также автор внес некоторые изменения и дополнения в уже публиковавшийся материал, что связано с развитием и других технологий, применяющихся в системах видеонаблюдения. Небольшое изменение претерпела и русскоязычная терминология. Некоторые менее употребительные термины, предложенные переводчиками книги, были заменены на более привычные и нашедшие большее распространение за последние три года среди специалистов на рынке систем безопасности.

Со времени первого издания книги она приобрела большую популярность в отечественной индустрии безопасности. Эту книгу используют многие компании рынка безопасности в своих учебных центрах для обучения новых сотрудников, а для многих книга стала настольной. Ее успешно распространяют компании рынка безопасности. Среди них такие крупные компании, как «БайтЭрг», «Тинко», ITV. Помимо традиционных распространителей рынка безопасности, книгу активно распространяют и крупные книготорговые компании, а также и Интернет-магазин Ozon.ru.

Книга «CCTV. Библия видеонаблюдения» Владо Дамьяновски ориентирована на довольно широкую читательскую аудиторию — менеджеров по безопасности, инсталляторов и интеграторов оборудования, консультантов, разработчиков, конечных пользователей. Кроме того, книга признанного «гуру» в области систем видеонаблюдения будет полезна всем, кто интересуется этим вопросом.

Вот лишь незначительная часть отзывов экспертов по безопасности о книге Дамьяновски:

• Les Simmonds — Les Simmonds & Associates, Австралия

«Это как дуновение свежего ветерка в индустрии безопасности. Это наиболее профессиональная книга по видеонаблюдению, которую я когда-либо читал. Она содержит материал как для начинающих, так и для профессионалов. Легко и быстро читается и содержит великолепную графику и фотографии. Необходимая вещь для всей индустрии безопасности…»

• Tracy Туе — Maxpro UK, генеральный директор

«…Я считаю, что эта книга — просто бесценный клад информации. Я и не подозревала, что знаю так мало о видеонаблюдении…»

• Jayant Kapatker — STAM, инструктор и автор «In Site CD-ROM»

«…У Владо есть дар объяснять технические вопросы действительно простым для понимания языком. Его превосходная книга — явный пример этому…»

• Rod Cowan — редактор «SECURITY INSIDER»

«…Первый тираж был распродан так быстро, что Дамьяновски выпустил второй, более крупный тираж и планирует продавать книгу за рубежом».

• Мурат Алтуев — президент компании ITV

«Хотя может показаться, что автор замахнулся на невозможное (обычно, при таком множестве тем читатели ожидают только поверхностного их освещения), Владо Дамьяновски удалось собрать исчерпывающий и в то же время понятный материал по каждой теме».

Особую благодарность наше издательство выражает таким специалистам отечественной индустрии безопасности, как М.К. Алтуев, Ю.М. Гедзберг, Н.Е. Уваров, благодаря которым и стало возможным появление этой книги на русском языке.

И, конечно, издательство выражает особую признательность спонсорам (рекламодателям) книги, таким известным на российском рынке безопасности компаниям, как ITV, DSSL, Samsung Electronics. Именно благодаря спонсорам издания удалось снизить стоимость книги на русском языке в два раза по сравнению с англоязычным изданием.

О книге Владо Дамьяновски

Книга, которую Вы держите в руках, по-своему уникальна.

Ее уникальность состоит в том, что автору удалось удачно собрать под одной обложкой столь разную и разнородную информацию из самых различных областей знаний, чтобы доступно и вместе с тем достаточно строго рассказать, что такое CCTV (охранное телевидение и видеонаблюдение).

Стиль этой книги едва ли можно отнести к какому-то одному традиционному стилю технической книги, поскольку в ней можно найти справочные материалы и математические выводы, полезные практические советы и исторические справки, описания работы устройств и обзор рынка видеооборудования. Но все дело в том, что специалист в области охранного телевидения действительно должен владеть знаниями самых различных наук: оптики, радиоэлектроники, радиотехники, телевидения, механики, электротехники, вычислительной техники, физики твердого тела, современных методов цифровой обработки изображений… И все это есть в книге в том объеме, который является необходимым и достаточным для специалиста в области видеонаблюдения.

Возможно, кто-то нетерпеливо перелистает какие-то страницы, сказав: «Зачем мне это нужно?». А вместе с тем, как показывает опыт, специалистам (о которых Козьма Прутков сказал, что они подобны флюсу) как раз не хватает широты и систематичности знаний, которые можно почерпнуть из этой книги.

Лично мне, как редактору книги, показалось, что, возможно, существует некоторая несбалансированность в объемах и сложности освещаемых проблем, но это скорее вопрос личных пристрастий.

Перевод и редактирование англоязычных технических материалов всегда связан с определенными трудностями. Ну, например, нередко можно встретить изложение одного и того же вопроса в разных главах — но в этом тоже есть свой резон (такую книгу можно читать как справочник, не рыская по ней в поисках перекрестных ссылок). Особую трудность обычно встречает адекватный перевод на русский язык коротких и образных англоязычных терминов. В силу того, что в настоящее время большая часть оборудования для охранного телевидения импортируется в Россию, в соответствующей терминологии ощущается определенный языковой прессинг англицизмов. Мне представляется, что использование языковых «калек», а то и англоязычных терминов, записанных русскими буквами — не самый лучший путь для российских специалистов, так как это усложняет их общение как между собой, так и с заказчиками.

Возвращаясь к книге, следует особо подчеркнуть ее практическую направленность: не голое теоретизирование и не бездумная эмпирика, а четко выстроенный путь от теории к практике, что находит логическое завершение книги главой «Проектирование систем видеонаблюдения».

Я уверен, что книга Владо Дамьяновски будет по достоинству оценена российскими читателями — теми, кто занимается или собирается заняться системами охранного телевидения.

Ю. М. Гедзберг (научный редактор) «Мост Безопасности»

Об авторе

Владо Дамьяновски родился в Македонии в 1956 г. Закончил университет Св. Кирилла и Мефодия в Скопье (Македония) по специальности электроника и телекоммуникации, в 1982 г. защитил диссертацию по телекамерам с ПЗС.

После окончания обучения он работал инженером по проектированию систем охранного телевидения в компании Video Engineering в Охриде (Македония). Там он и начал объединять теоретические знания по телевидению с практикой. Он занимался проектированием и изготовлением телекамер, видеомониторов, усилителей, блоков питания и другого оборудования для CCTV. Поработав там пару лет, перешел в республиканскую компанию радио и телевидения и работал там главным инженером на местной TV/FM станции.

Два года он вбирал в себя опыт по системам телевещания, а в 1985 г. участвовал в первом эксперименте по спутниковому приему в Македонии вместе с экспертами из Европейского союза радиовещания (EBU) и инженерами из Thomson LGT. Позже в этом же году Владо Дамьяновски предложили опытно-конструкторскую работу в другой компании в Охриде, где он разработал несколько коммерческих электронных продуктов. Эта работа включала все этапы проектирования — прототипы, проект механической сборки, тестирование и описание технических характеристик аппаратуры.

В 1987 г. вместе с семьей Владо Дамьяновски переехал в Австралию. Свою карьеру он начал в компании TCN Channel 9, в Сиднее, где работал инженером по эксплуатации. Это были великие времена, особенно когда в январе 1988 г. ему довелось участвовать в крупнейшем событии — массовом вещании, посвященном двухсотлетней годовщине открытия Австралии.

В следующем году Владо Дамьяновски предложили место сервис-менеджера в компании Vamarc, где он начал (опять) свою австралийскую карьеру в CCTV. Став сервис-менеджером, он вместе со своими техниками «прошел» через множество систем, старых и новых, разбросанных по всей стране, и многое узнал о наиболее распространенных ошибках при установке систем, а также о том, что такое хороший проект и инсталляция. Вскоре ему довелось работать с более крупными проектами в качестве инженера-проектировщика. Через два года компания Vamarc закрылась, и он перешел в National Fire and Security, где работал менеджером по продукции CCTV. В NFS Владо Дамьяновски мог высказывать свое мнение по поводу оборудования — что следует «сдать в архив», какое оборудование лучше всего включать в большие системы. Работая в NFS, он спроектировал множество важнейших систем. А также Владо Дамьяновски провел в компании множество семинаров по CCTV. Затем отдел безопасности NFS перешел к новому владельцу и был переименован в Security Warehouse. В основном, отдел продолжал концепцию NFS, но концентрировался только на оборудовании систем безопасности. Он продолжал работать консультантом по CCTV и менеджером по продукции, а в 1990 г. зарегистрировал свою собственную консультационную компанию.

Кроме независимого проектирования, консультаций и пусковых испытаний Владо Дамьяновски провел много семинаров по всей стране. В течение года множество специалистов по CCTV прошли через его двухдневные семинары; многие из них спрашивали, где можно достать полную книгу по CCTV. Это и подвигло его на мысль облечь все свои знания и опыт в письменную форму, чтобы другие тоже могли ими воспользоваться, не проходя через все перипетии, которые довелось пройти самому.

CCTV — это чрезвычайно быстрорастущая и изменяющаяся область знаний, и тут действительно справедливо высказывание: «чем больше знаешь, тем лучше понимаешь, насколько мало знаешь». Это одна из причин, почему он вложил столько усилий в подготовку книги «CCTV» и создание web-сайта в Интернете. Владо Дамьяновски надеется, что они ответят хоть на часть вопросов жаждущих знаний людей.

«Что отличает людей от животных? Дети познают жизнь не с нуля, они могут опираться на накопленные знания своих родителей и родителей их родителей. Хотелось бы думать, что я один из таких родителей», — считает Владо Дамьяновски.

Введение

Системы видеонаблюдения и охранного телевидения (CCTV) — интереснейшая область телевизионных технологий. Основная сфера применения — системы видеонаблюдения, но многие компоненты и концепции охранного телевидения с успехом можно реализовать в системах контроля промышленного производства, в больницах или студенческих городках. Поэтому, даже если большинство читателей воспринимает эту книгу как руководство по проектированию систем видеонаблюдения, автору не хотелось бы ограничиваться исключительно этой областью.

Книга, которую вы сейчас держите в руках, представляет собой переработанную и дополненную версию моей книги по CCTV, вышедшей в 1999 году. За последние пять лет в индустрии CCTV произошло столько изменений, что без нового издания уже нельзя было обойтись. Для меня было большой радостью получать благодарные отзывы моих читателей и видеть, как они выставляли неизменно высокие оценки (в том числе и высшую оценку «5 звезд» на популярном интернет-магазине Amazon.com) проделанной мной работе. Все это и подвигло меня продолжать работу над книгой, делать ее более совершенной и информативной. Разумеется, я не менял полностью содержание предыдущего издания, так как основы CCTV остались прежними, но некоторые главы и разделы я значительно дополнил и переработал, чтобы идти в ногу со временем. Немного изменился и иллюстративный материал, но, самое главное, я добавил обширные главы, посвященные цифровым и сетевым технологиям, а также их применению в CCTV.

Я постарался максимально полно охватить теорию и практику всех компонентов и основных принципов видеонаблюдения. Это очень обширная область, включающая в себя различные дисциплины и достижения в области электроники, телекоммуникаций, оптики, волоконной оптики, цифровой обработки изображения и программирования, а за последние несколько лет в эту область добавились сетевые технологии, IP-коммуникации и цифровые технологии.

Едва ли найдется книга, охватывающая все эти сферы, о чем мне неоднократно напоминали на многочисленных семинарах, которые я на протяжении нескольких лет проводил по всей Австралии, а в последние годы и в других странах. В том числе и поэтому я старался вложить в создание этой книги все мои знания и опыт, а также использовать данные всех проведенных мною исследований новых различных тенденций и продуктов.

Моей основной задачей было написание такой книги, которая бы охватывала все концепции и технологии, которые используются в системах видеонаблюдения, и в то же время подробно объясняла и снимала завесу таинственности с новых для видеонаблюдения цифровых и сетевых технологий.

Аналоговое телевидение — это достаточно сложная наука, особенно для тех людей, которые никогда с ней не сталкивались, но понимание цифровых технологий в телевидении будет очень затруднено без знания аналогового телевидения. Поэтому, если вы не обладаете базовыми знаниями по аналоговому телевидению, то даже и не пытайтесь сразу переходить к главам, посвященным цифровым и сетевым технологиям: многое будет вам непонятно. Но все сразу же станет на свои места, как только вы подробно изучите главу об аналоговом телевидении.

Как и в предыдущем издании, мне пришлось изучить и прочесть много нового для себя, прежде чем я смог обработать и донести материал в том стиле, в котором были написаны главы предыдущего издания.

Очевидно, что я не собирался заново изобретать колесо, так как моей задачей было объяснить в доступной форме большинство важных аспектов современных технологий. А это мне не удалось бы, если бы я не имел практического опыта работы с ними. Именно опыт работы в индустрии систем видеонаблюдения позволяет мне взглянуть на все эти новые технологии с практической точки зрения.

Существуют и более специализированные книги, посвященные конкретным аспектам новых технологий и их применения, но именно эта книга дает представление о том, как используются новые технологии в системах видеонаблюдения.

Как и в предыдущем издании, я намеренно упрощал объяснения некоторых концепций и принципов, но, чтобы понять их, читателям все же придется применить и логику, и технические познания.

Вероятно, я не смог бы так подробно осветить новые технологии и достижения в индустрии видеонаблюдения и охранного телевидения, если бы я не был главным редактором международного журнала по системам видеонаблюдения, который называется CCTV Focus. И этот опыт действительно очень помог мне в написании книги. Все вопросы, посвященные новым технологиям, более подробно рассмотрены на страницах этого журнала, который был основан в 1999 году, когда появилось предыдущее издание этой книги. Сам же журнал в настоящее время считается одним из наиболее уважаемых на рынке. В настоящее время он издается на русском языке, и в ближайшее время будет выходить на китайском и немецком языках. Именно этот журнал и является самым лучшим дополнением и приложением к моей книге, так как его содержание постоянно пополняется новыми темами.

Еще один интернет-ресурс, связанный с данной книгой — это веб-сайт компании CCTV Labs. Эта компания была основана мной и специализируется в оказании консультационных услуг, проектировании, обучении и издательском деле в индустрии видеонаблюдения.

Веб-сайт этой компании появился в 1995 году одновременно с публикацией первого издания моей книги. В настоящее время этот веб-сайт является одним из старейших и наиболее посещаемых интернет-ресурсов, посвященных видеонаблюдению. Я стараюсь размещать на нем как можно больше полезной информации, и помимо этого, стараюсь поддерживать список всех известных сегодня в мире производителей систем видеонаблюдения. Посещая сайт CCTV Labs, вы получаете мгновенный доступ практически к любому продукту и производителю систем видеонаблюдения. Конечно, я не могу включить в этот список производителей, еще не представленных в Интернете, но если вы, читатель, являетесь производителем, но не можете найти свое имя на странице ссылок, свяжитесь со мной по электронной почте, и я включу вас в список.

Книга предназначена и будет весьма полезна для инсталляторов систем видеонаблюдения, торговых представителей, руководителей службы безопасности, консультантов, производителей, конечных пользователей и всех, кто интересуется системами видеонаблюдения и охранного телевидения и обладает базовыми техническими знаниями.

Имея практический опыт работы с различными системами и в различных ситуациях и в полной мере осознавая разницу между простотой теории и многочисленными проблемами, с которыми приходится сталкиваться на практике, я постарался хотя бы немного облегчить жизнь инсталляторам, разработчикам и консультантам. С этой целью я снабдил книгу различными полезными подсказками, советами, контрольными таблицами, проектами систем, и, наконец, специально разработанной испытательной таблицей для систем видеонаблюдения.

Напечатанная на последней странице обложки испытательной таблица для систем видеонаблюдения — оригинальная разработка автора — поможет проводить различные испытания качества. Ею очень удобно пользоваться для оценки параметров телекамер и видеомониторов, качества передачи видеоинформации, а также качества систем видеозаписи. Эту испытательную таблицу широко используют во всем мире. В настоящее время ею пользуются более 1500 компаний, многие из которых являются производителями компонентов и систем видеонаблюдения. Правила пользования таблицей подробно изложены в книге. Читателям, которым требуется более подробная и совершенная испытательная таблица, мы предлагаем ту же таблицу с высоким разрешением в формате A3.

За последние пять лет, прошедшие со времени предыдущего издания, которое выпустило американское издательство Butterworth-Heinemann (теперь оно называется Elsevier), в индустрии видеонаблюдения произошло столько изменений, что вопрос стоял не о том, выпускать ли новое издание, а о том, когда же это, наконец, случится.

Я искренне благодарен всем читателям, которые обратили внимание на предыдущие издания книги и благосклонно о ней отзывались, создавая ей репутацию во всем мире. Мне лестно слышать, что многие называют ее «Библией видеонаблюдения». Конечно, я постараюсь сделать все, чтобы быть достойным этого комплимента, но, в то же время, мне хотелось бы услышать критические комментарии и предложения от всех вас, моих прежних и новых читателей. Спасибо всем тем читателям, кто уже высказал многочисленные предложения и замечания.

Также я хотел бы поблагодарить коллег из компании Les Simmonds, которые мне предоставили очень точные иллюстрации к разделу по измерению осциллографом.

Я хотел бы выразить благодарность издательской компании Elsevier и ее сотрудникам, а в особенности Пэм Честер, Дженнифер Суси и Саре Хайдук.

Эта книга увидела свет благодаря поддержке издателя, а также тех производителей оборудования для систем видеонаблюдения, которые верили в меня и выступали спонсорами этого издания. Это очень известные компании на рынке систем безопасности: Ademco Video Systems, Axis Communications, Bosch Security Systems, Dallmeier Electronic, Elbex, Fast Video Security, Guetebrueck, ITV и Pelco.

Отдельную благодарность я приношу компании CCTV Labs и журналу CCTV Focus, так как во время написания книги я не могу уделять им все свое время.

Владо Дамьяновски, В.Е. Electronics

Сидней, 2005 год

E-mails: vlado@damjanovski.com

Вступление

Книга состоит из 14 глав, расположенных в логическом порядке.

В главе 1, «Единицы измерения СИ», представлены основные единицы измерения, используемые в сфере видеонаблюдения. Несмотря на то, что они не являются исключительной прерогативой систем видеонаблюдения и охранного телевидения, а, скорее, общетехническим достоянием, я считаю важным их упомянуть. Многие изделия, термины и концепции из области видеонаблюдения должны упоминаться рядом с соответствующими единицами измерения. Единицы СИ введены Международной Организацией Стандартизации ISO, и, принимая их за универсальные, мы получаем более ясное и точное представление о продуктах и их спецификациях. В тексте приведены также общие метрические приставки, с которыми, насколько мне известно, многие технические специалисты не знакомы. Для инженеров или людей с базовым техническим образованием эта глава, возможно, не представит никакого интереса. Этим читателям мы предлагаем сразу переходить ко второй главе.

Глава 2, «Свет и телевидение», начинается с краткого исторического обзора, позволяющего получить более ясное представление о революции в области телевидения. Затем мы знакомим вас с фундаментальными основами действия человеческого зрения: света и человеческого глаза. Поскольку в основе телевидения лежит физиология человеческого глаза, необходимо уяснить, как устроен и как работает человеческий глаз. Интересным представляется сравнение функционирования глаза и телевизионной камеры.

Глава 3, «Оптика в системах видеонаблюдения», посвящена одному из основных элементов видеонаблюдения — линзе. Кроме описания принципа работы линзы и ее важнейших особенностей мы также практически объясняем, как настраивается объектив (ALC и Level — АРО и Уровень), как определяется фокусное расстояние для определенного угла зрения, и, что очень важно для видеонаблюдения, как следует настраивать задний фокус. В заключении главы рассказывается о С- и CS-креплении.

Глава 4, «Общие характеристики телевизионных систем», имеет особую важность, и, в частности, для читателей, не знакомых с принципами работы телевидения. В главе рассматриваются два главных стандарта, PAL и NTSC. Мы представляем также общую концепцию разрешения и, что еще важнее, объясняем различия между широковещательным сигналом и видеосигналом охранного телевидения. В главе в самых общих чертах упоминаются инструменты, используемые в телевизионной системе.

Наконец, в нее включены таблицы с указанием отличий различных подгрупп телесистем, а также список всех стран мира с принятыми у них ТВ-системами.

Пожалуй, пятая глава, «Телекамеры в системах видеонаблюдения», — самая интересная. В ней подробно обсуждаются концепции ПЗС-камер, различных конструкций и спецификаций камеры. В этой главе также рассматриваются проблемы блоков питания и перепадов напряжения и приводятся связанные с ними расчеты. На мой взгляд, это очень важная проблема, интересующая многих практиков.

Пусть кому-то она кажется тривиальной, но часто отказы системы и многие другие проблемы вызваны именно неправильным электропитанием камеры (нерегулируемым блоком питания, тонкими проводами, высоким перепадом напряжения). Я посчитал уместным рассмотреть эту проблему в разделе «камеры», поскольку блоки питания являются частью комплектации телекамеры. В конце главы представлен очень важный в практическом отношении контрольный список, пользуясь которым вы без проблем сможете установить систему видеонаблюдения.

Видеомониторы, как черно-белые, так и цветные, рассматриваются в главе 6. Понятно, что главное место отведено ЭЛТ-мониторам, поскольку сегодня они наиболее распространены в системах видеонаблюдения. В главе объясняются такие, связанные с мониторами, важные проблемы, как гамма-коррекция, переключатели полного сопротивления, условия наблюдения и др. В конце главы описываются некоторые основные новшества в технологии отображения. Если в предыдущем издании книги многие из этих технологий упоминались лишь как любопытные технические новинки, то сегодня некоторые из них уже получили широкое распространение.

В главе 7, «Устройства обработки видеосигналов», рассматриваются «старые добрые» последовательные коммутаторы, а также матричные коммутаторы — в качестве представителей «аналогового» обрабатывающего диапазона, и, конечно, квадраторы, мультиплексоры, видеодетекторы движения и кадровая память — в качестве представителей «цифрового» ряда.

Важная роль в видеонаблюдении принадлежит устройствам видеозаписи. Им посвящена глава 8.

Мы описываем не только самый распространенный формат VHS, но и усовершенствованный стандарт S-VHS. Цифровой способ хранения видеоизображений, который приобретает все большую популярность, рассматривается в отдельной главе.

Глава 9, посвященная вопросам цифрового видеонаблюдения и записи, является одной из основных причин появления нового издания этой книги. Со времени предыдущего издания (1999), когда цифровое видео только начинали использовать в системах видеонаблюдения, очень многое изменилось. К моменту выхода этого издания (2005) уже практически ни одна новая система видеонаблюдения не обходится без цифровых видеорегистраторов и сетевых коммуникаций. В этой главе речь пойдет о различных аспектах цифрового видеоизображения, а также объясняются причины использования сжатия видеоизображения. Также в главе дается анализ различных стандартов сжатия, которые расположены в логическом порядке.

Глава 10, «Средства передачи видеосигнала» — одна из самых объемных, поскольку в видеонаблюдении используется большое количество передающих сред. Очевидно, что, поскольку коаксиальный кабель имеет самое широкое распространение, ему посвящена большая часть главы.

Знаю по практическому опыту и полагаю, что со мной согласятся многие читатели, что большинство проблем в системах видеонаблюдения возникает из-за плохо уложенного кабеля и/или плохой концевой заделки проводов. Поэтому существующие методы заделки проводов рассматриваются отдельно. В остальной части главы вы найдете описания других средств передачи информации, таких, как витая пара, микроволновые, беспроводные, радиочастотные, инфракрасные, телефонные линии; и самого важного на ближайшее будущее средства (по крайней мере, по моему мнению) — волоконной оптики.

Что касается последнего, то мы объясняем концепцию волоконной оптики, даем описание используемых источников света, кабелей и методов установки. Эта технология не столь нова, как некоторые считают; скорее, она стала в последнее время очень доступной и более легкой в использовании и, следовательно, получила более широкое распространение в больших системах охранного телевидения.

Глава 11 посвящена сетевым технологиям в системах видеонаблюдения, то есть в ней рассказывается еще о нескольких новых технологиях, приобретающих все большую популярность. Сетевые технологии очень близко связаны с цифровыми, но логически они относятся к коммуникациям, поэтому я поместил эту главу после главы 10, которая была посвящена средствам передачи видеосигнала. Глава о сетевых технологиях не призвана заменить собой соответствующую литературу по сетевым технологиям и IT, a такой литературы сейчас издано предостаточно. Основная задача данной главы — дать общее представление человеку, далекому от IT, о сетевых и информационных технологиях, важность которых увеличивается с каждым днем для индустрии видеонаблюдения.

В главе 12, «Дополнительное оборудование в системах видеонаблюдения», обсуждаются скоростные поворотные камеры, корпуса, осветительная аппаратура, инфракрасный свет, корректоры заземляющих контуров, молниезащита, видеоусилители и усилители-распределители.

Если первые 12 глав посвящены оборудованию видеонаблюдения, то в главе 13 я представляю свое понимание того, как проектировать систему видеонаблюдения. Эта глава написана полностью на основе практического опыта, в том числе опыта и рекомендаций специалистов по установке и пользователей систем видеонаблюдения. Предлагаемый способ проектирования системы не следует принимать за единственный, но, на мой взгляд, он, несомненно, очень эффективен и точен. В эту главу также включено описание действий, предпринимаемых после того, как системная конструкция закончена и установлена. Это: ввод в действие, обучение и сдача в эксплуатацию. Профилактическим обслуживанием часто пренебрегают, а между тем это важная часть в работе системы охранного телевидения. Даже несмотря на то, что профилактическое обслуживание осуществляется после завершения установки системы, оно является важной частью в общей картине видеонаблюдения.

В главе 14, «Тестирование систем видеонаблюдения», представлены рекомендации читателям относительно использования испытательной таблицы, разработанной специально для этой книги и расположенной на последней странице обложки. Многие читатели, знакомые с таблицей по предыдущему изданию, нашли ее очень полезной, поэтому я решил расширить и усовершенствовать ее, добавив несколько полезных параметров. Теперь с помощью тестовой диаграммы можно не только определять разрешение камеры, но и рассчитать, удастся ли разглядеть объект с определенного расстояния. Для более требовательных специалистов та же таблица формата A3 напечатана на неотражающей химически стабильной бумаге с устойчивыми красками. Также в последней главе (и на нашем сайте в Интернете) приводятся правила пользования тестовой диаграммой.

Приложение 1, «Основные термины, используемые в видеонаблюдении», в точности соответствует заголовку. Я постарался включить в него все термины, акронимы и названия, которые встречаются в связи с системами охранного телевидения в смежных областях. Термины не только перечисляются, но и объясняются их значения.

В предыдущем издании книги одна из глав называлась «Некоторые примеры систем видеонаблюдения». То были типовые чертежи, на которые не распространяются авторские права и которые можно также найти на нашем сайте. Сейчас, три года спустя, я уже не вижу в них большой необходимости, поэтому в настоящее издание они не включены. Вместо них я предлагаю нечто иное, на мой взгляд, более полезное для читателей, а именно, список изготовителей оборудования для видеонаблюдения (Приложение 3). Опыт предыдущего издания показывает, что эту книгу читают во всем мире, встреча с продуктами какого-либо неизвестного ранее производителя систем видеонаблюдения вызывает у меня удивление. Я думаю, что вы, читатель, будь вы пользователем, дистрибьютором, консультантом или специалистом по установке, заслуживаете того, чтобы знать всех производителей. Вся эта информация со ссылками размещена и на сайте CCTV Labs. Когда я говорю «вся», я имею в виду всю ту информацию, которую мне удалось найти в различных журналах, выставочных каталогах и получаемой мною электронной почте. Эта база данных постоянно обновляется, поэтому за новейшей информацией обращайтесь на сайт CCTV Labs.

Надеюсь, эта книга будет очень полезна и информативна для всех, кто интересуется системами видеонаблюдения и охранным телевидением.

Надеюсь также, что эта книга займет постоянное место на ваших книжных полках и рабочих столах.

Благодарю за покупку книги и желаю приятного чтения.

1. Единицы измерения СИ

Основные единицы

Законы Физики выражают фундаментальные взаимосвязи между определенными физическими величинами.

В Физике много различных величин. Чтобы упростить измерения и построить физические теории, некоторые из этих величин принимаются за основные, а все остальные выводятся из них. Измерения производятся путем нахождения числового значения измеряемой величины в принятых единицах измерения.

В Физике, а также в Электронике и Телевидении, которые являются ее частью, принята международная система единиц или СИ (от французского Systeme Internationale).

Ниже приведены семь основных единиц СИ:

Единица — Обозначение — Измерение

Метр — [м] — Длина

Килограмм — [кг] — Масса

Секунда — [с] — Время

Ампер — [А] — Электрический ток

Кельвин — [К] — Температура

Кандела — [кд] — Сила света

Моль — [моль] — Количество вещества

Эти основные единицы определяются международно-признанными стандартами.

Например, до 1983 года стандарт метра определяли как конкретное число длин волн определенного излучения в спектре криптона. В октябре 1983 определение метра было изменено на следующее: метр — это расстояние, которое свет проходит в вакууме за 1/299792458 долю секунды.

А стандарт килограмма, например, равен массе цилиндрической гири из платиноиридиевого сплава, хранящейся в Международном бюро мер и весов, в Севре, во Франции.

Основная единица времени, секунда, была определена в 1967 г. как «время, требующееся атому цезия-133 для 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя уровнями основного состояния».

Шкала градусов Кельвина имеет такие же деления, как и шкала градусов Цельсия, только точка отсчета 0° К эквивалентна -273 °C и называется абсолютным нулем.

Все остальные единицы в физике определяются комбинацией вышеупомянутых основных единиц.

Например, площадь прямоугольного земельного участка определяется уравнением:

S = а х b,

где а — это ширина участка, a b — его длина. Если а и b выражены в метрах [м], то их произведение S будет выражено в [м²].

Мы все хорошо знаем, что скорость определяется в [м/с], хотя довольно часто используем [км/ч]. Мы можем легко перевести [м/с] в [км/ч], так как знаем, сколько метров в километре и сколько секунд в часе.

Единицы СИ приняты в науке и промышленности практически во всем мире, и все мы должны хорошо понимать, что измерения типа: «дюйм» как мера длины, «мили в час» как мера скорости, «фунты» или «стоуны» как мера веса следует использовать как можно реже. Они нередко обескураживают людей различных профессий или из различных частей света. Если использовать единицы СИ, то больше людей поймут вас и характеристики ваших продуктов. К тому же, гораздо проще сравнивать продукты из различных частей света, если они характеризуются одними и теми же единицами измерения.

Есть еще одна важная вещь: каждый символ в системе СИ имеет точное значение, связанное с тем, как использован символ (прописная или строчная буква). Так, километр пишется как [км], а не [Км] или [клм].

Мегабайт пишется [Мбайт], а не [мбайт]. Нанометр пишется как [нм], а не [Нм] и т. п. И мы, занимаясь вопросами видеонаблюдения, будем придерживаться этих правил.

Производные единицы

Все физические процессы могут быть описаны и измерены при помощи основных единиц. Мы не будем вдаваться в детали того, как выводятся производные единицы, и, к тому же, это не входит в цели данной книги, но здесь важно понимать, что между основными и производными единицами существует четкая взаимосвязь.

Ниже приводится ряд производных единиц СИ, некоторые из них будут использованы в этой книге.

Величина — Единица — Обозначение/определение

Площадь — квадратный метр — м²

Объем — кубический метр — м³

Скорость — метр в секунду — м/с

Ускорение — метр на секунду в квадрате — м/с²

Частота — герц — Гц=1/с

Плотность — килограмм на кубический метр — кг/м³

Сила — ньютон — Н=кг•м/с²

Давление — паскаль — Па=кг/м•с²

Энергия, работа — джоуль — Дж=н•м

Мощность — ватт — Вт=Дж/с

Электрический заряд — кулон — Кл=А•с

Электрическое напряжение — вольт — В=Ом/А

Электрическое сопротивление — ом — Ом=В/А

Электрическая емкость — фарада — Ф=Кл/В

Электрическая проводимость — сименс — См=А/В

Магнитный поток — вебер — Вб=В•с

Магнитная индукция — тесла — Т=Вб/м²

Индуктивность — генри — Г=Вб/А

Освещенность — люкс — лк=лм/м²

Световой поток — люмен — лм=кд-стерадиан

Яркость — нит — нт=кд/м²

Метрические приставки

Если число единиц конкретного измерения (т. е. значение) очень велико или очень мало, то можно использовать соглашение об использовании определенных символов (обозначений) перед основной единицей, причем каждый из этих символов имеет особое значение. Ниже приведены метрические приставки, принятые международным научным и промышленным сообществом, которые вы можете встретить не только в системах видеонаблюдения, но и в других областях техники:

Приставка — Коэффициент — Обозначение

экса — 10¹⁸ — Э

пета — 10¹⁵ — П

тера — 10¹² — Т

гига — 10⁹ — Г

мега — 10⁶ — М

кило — 10³ — к

гекто — 10² г

дека — 10 — да

единица — 10⁰=1

деци — 10^-1 — д

санти — 10^-2 — с

милли — 10^-3 — м

микро — 10^-6 — мк

нано — 10^-9 — н

пико — 10^-12 — п

фемто — 10^-15 — фм

атто — 10^-18 — а

Используя эти приставки, мы можем сказать 2 км, имея в виду 2000 метров. А если мы говорим 1.44 Мбайт, мы думаем о 1440000 байт. (Прим. пер. 1.44 Мбайт = 1.44 х 1024 кбайт -1.44 х 1024 х 1024 байт =1.44 х 2²⁰ байт). Нанометр — это 0.000000001 метра. Частота 12 ГГц — это 12•10⁹ = 12 000 000 000 Гц и т. д.

Теперь, когда мы заложили фундамент технически корректной дискуссии, т. е. ввели основные единицы измерения, мы можем приступить к рассмотрению основ всего зримого, включая фотографию, кинематографию и телевидение — к свету.

2. Свет и телевидение

Да будет свет.

Немного истории

Свет — это одно из основных и величайших явлений природы, свет является не только необходимым условием жизни на планете, но и играет важную роль в техническом прогрессе и изобретениях в сфере визуальной коммуникации: фотографии, кинематографии, телевидении и недавно появившихся мультимедийных средствах.

Хотя явление это «базовое», и мы видим его все время и всюду, но в науке — это самый большой камень преткновения. Физика, которая в конце XIX века представляла собой довольно простую, непосредственную науку, стала сложной и мистической. Ученым в начале XX века пришлось ввести постулаты квантовой физики — «принципы неопределенности» и многое другое. И все это для того, чтобы получить теоретический аппарат, который объяснил бы множество экспериментов и, в то же время, имел бы разумный смысл.

В этой книге мы не намерены углубляться во все эти теории: мы обсудим только те вопросы, которые связаны с телевидением и передачей видеосигналов.

Основная «проблема», с которой сталкиваются ученые, изучающие свет, заключается в том, что свет имеет двойственную природу: он ведет себя как волна (нематериальная природа) — это явления рефракции и отражения — и обладает также свойствами материальной природы — широко известный фотоэффект, открытый Генрихом Герцем в XIX веке и объясненный Албертом Эйнштейном в 1905 г. Поэтому в последнее время в физике принято полагать, что свет имеет «двойственную» природу.

На этом этапе следует отдать должное, по крайней мере, нескольким самым крупным ученым-физикам, и, в частности, специалистам по теории видимого излучения, без работ которых современный уровень технологий был бы невозможен.

Одним из первых физиков, объяснивших многие природные явления, включая и свет, был Исаак Ньютон. В XVII веке он доказал, что свет имеет корпускулярную природу. И так считалось до Христиана Гюйгенса, который позже, но тоже в XVII веке, выдвинул волновую теорию света. Многие ученые глубоко уважали Ньютона и не изменили своих взглядов до самого начала XIX века, когда Томас Юнг продемонстрировал интерференцию света. Август Френель тоже проделал ряд убедительных экспериментов, четко демонстрирующих волновую природу света.

Важной вехой стало появление на научной сцене Джеймса Кларка Максвелла: в 1873 г. он доказал, что свет представляет собой высокочастотную электромагнитную волну.

С помощью его теории удалось оценить величину скорости света, как она известна нам сегодня: 300 000 км/сек. Эксперименты Генриха Герца подтвердили теорию Максвелла. Герц открыл явление, которое известно как фотоэффект: свет может выбивать электроны с освещаемой металлической поверхности. Однако ему не удавалось объяснить тот факт, что энергия испускания электронов не зависит от интенсивности света, что в свою очередь противоречило волновой теории. С точки зрения волновой теории, большая интенсивность света должна увеличивать энергию испускаемых электронов.

Этот камень преткновения удалось обойти Эйнштейну: он использовал разработанную Максом Планком теорию квантования энергии фотонов, представляющих минимальную порцию переносимой светом энергии. В рамках этой теории свет обрел свою двойственную природу, т. е. сочетание волновых и корпускулярных свойств.

Таким образом, эта теория наилучшим образом объясняет большинство световых явлений, и поэтому в CCTV (замкнутое, кабельное охранное телевидение или видеонаблюдение) мы будем использовать теорию «двойственного подхода».

При анализе линз, используемых в системах видеонаблюдения, мы будем в большинстве случаев опираться на волновую теорию света, но при этом не следует забывать и о том, что есть такие понятия, как функционирование ПЗС-матриц, например, отражающее корпускулярную природу света, т. е. его материальную природу. Поэтому в этих случаях мы будем использовать корпускулярный подход.

Естественно, что в реальности свет требует применения обоих подходов, и мы всегда должны помнить о том, что они не являются взаимоисключающими.

Основы теории света и глаз человека

Свет — это электромагнитное излучение. Человеческий глаз может реагировать на это излучение и различать частоты, которые воспринимаются глазом как цвет. Посмотрите на рис. 2.1 электромагнитное излучение включает все частоты, или длины волн. Видимый свет занимает лишь небольшое «окно» этого диапазона. Это окно лежит в диапазоне от 380 нм до 780 нм. Чтобы легче было запомнить, мы приближенно примем границы диапазона равными 400 нм и 700 нм. 400 нм соответствует фиолетовому цвету, а 700 нм — красному. По мере увеличения длины волны цвет непрерывно переходит от фиолетового к голубому, зеленому, желтому, оранжевому и красному. Для определения средней чувствительности человеческого глаза было проделано множество экспериментов и тестов, и, как видно из рисунка, не все цвета оказывают одинаковое воздействие на сетчатку глаза.

Рис. 2.1. Электромагнитный спектр и чувствительность человеческого глаза

Глаз наиболее чувствителен к зеленому цвету. Другими словами, если собрать все длины волн с равной энергией, то зеленый будет иметь наибольший «выход» на сетчатке. Частоты выше фиолетового (длины волн короче 400 нм) и ниже красного (длины более 700 нм) не воспринимаются «средним» человеческим глазом. Я подчеркиваю здесь «средним», потому что чувствительность человеческого глаза — это статистическая величина. Есть люди с «цветовой слепотой», чья спектральная чувствительность отличается (обычно уже) от показанной на рисунке. Некоторые люди с «цветовой слепотой» не видят красный цвет, другие не различают голубой. Натренированный профессиональный глаз художника или фотографа может развить очень высокую чувствительность, различая такие частоты (цвета), которые другим могут казаться одинаковыми. Некоторые могут даже выйти за минимальный и максимальный предел воспринимаемых частот, то есть различать темно-фиолетовый или красный цвет, невидимый для других индивидов.

Есть один интересный вопрос, который мы можем задать сами себе: почему максимум спектральной чувствительности лежит в зеленом цветовом диапазоне (около 555 нм)? Возможно, это связано с тем фактом, что большая часть солнечной энергии, проникающей в атмосферу Земли, сконцентрирована на длинах волн порядка 555 нм.

В течение миллионов лет, когда проходила эволюция жизни на планете, у нас (и почти у всех животных) развивалось зрение, способное воспринимать те длины волн, которые были наиболее доступны (по крайней мере, в дневное время). Альтернативой является ночное зрение животных, которые охотятся на теплокровных млекопитающих. Тепло, излучаемое телом, — это и есть инфракрасная радиация. Вот типичные представители: змеи, кошки и совы. Некоторые змеи, к примеру, кроме глаз для общего зрения, обладают инфракрасно-чувствительными органами, при помощи которых змея может определить температурные изменения менее 0.5 °C (1° F). Кошки, в том числе и дикие — леопард, пума и другие члены семейства кошачьих, известны своим прекрасным ночным зрением, а это означает, что их реакция в ближнем инфракрасном диапазоне намного лучше, чем реакция человеческого глаза.

Мы остановимся на глазе человека, а для этого важно понимать его «конструкцию».

Эти вопросы и сами по себе интересны, но, кроме этого, мы найдем еще и массу концептуальных аналогий между устройством глаза и ТВ-камеры.

На рис. 2.2 мы видим глазную линзу (хрусталик), которая и фокусирует изображение на сетчатке.

Сетчатка — это на самом деле «фоточувствительная область», состоящая из миллионов клеток — колбочек и палочек. Эти клетки можно рассматривать как часть нашей нервной системы. Колбочки чувствительны к средней и яркой интенсивности света и воспринимают цвета. Палочки чувствительны к низким уровням света и не способны различать цвета. Ночью мы видим благодаря палочкам, поэтому в темноте мы не можем различать цвета.

Число колбочек в каждом глазе приблизительно составляет 10 млн., а палочек — около 100 млн. Колбочки сконцентрированы вокруг области прохождения оптической оси. Эта область окрашена желтым пигментом и называется желтым пятном. Желтое пятно является основной областью, которую обрабатывает наш мозг, и, хотя она очень мала, концентрация колбочек в ней составляет около 50 000. Среднее фокусное расстояние глаза (то есть расстояние между хрусталиком и сетчаткой при разглядывании бесконечно удаленного объекта) составляет около 17 мм. Такое фокусное расстояние дает резкое изображение в пространственном угле, равном примерно 30°. Это также и размер области, где больше всего колбочек. Именно поэтому угол в 30° считается стандартным углом зрения.

Концентрация колбочек возрастает по направлению к центру оптической оси, достигая максимума лишь на 10°. Каждая из клеток-кол бочек соединяется с мозгом отдельным зрительным нервом, по которому электрические импульсы посылаются в мозг. Конечно, глаз видит и под гораздо большим углом, так как сетчатка охватывает пространственный угол почти в 90°, и колбочки есть и вне желтого пятна, но к одному нерву в этом случае подсоединена группа колбочек. В этой области мы видим не так четко, как в области, где к каждой колбочке подсоединен отдельный нерв, поэтому эта часть сетчатки называется областью периферического зрения.

Рис. 2.2. Схема устройства глаза

Рис. 2.3. Аналогии между устройством глаза и камерой

«Секция обработки изображения» в головном мозге сконцентрирована на 30°, хотя видим мы лучше примерно на 10°. Обработка поддерживается постоянными движениями глаза во всех направлениях, что аналогично панорамной головке в видеонаблюдении.

В SLR-камерах (однообъективных зеркальных фотоаппаратах) стандартный угол зрения в 30° достигается при помощи 50-мм объектива, для 2/3" камеры — это 16-мм объектив, для 1/2" камеры — 12-мм и для 1/3" камеры — 8-мм объектив. Другими словами, изображения, полученные при помощи любого типа камер с соответствующими стандартными объективами, будут иметь довольно близкие размеры и перспективу, похожую на то, что мы видим своими глазами.

Объективы с меньшим фокусным расстоянием дают более широкий угол зрения и называются широкоугольными объективами. Объектив с большим фокусным расстоянием сужает угол зрения, и поэтому кажется, что он приближает удаленные объекты, отсюда и название: телеобъектив («теле» означает далекий). Еще один интересный вопрос, касающийся видеонаблюдения, связан с тем, что, зная фокусное расстояние глаза и максимальный диаметр раскрытия радужной оболочки, равный примерно 6 мм, мы можем найти эквивалентное F — число глаза (которое мы обсудим позже в этой книге):

F_глаза= 17/6 = 2.8

С полностью раскрытой радужной оболочкой мы можем довольно хорошо видеть в полнолуние (освещенность объектов равна примерно 0.1 люкса). Помните это число, когда будете сравнивать минимальные характеристики освещенности для разных камер.

Фокусировка, которую выполняет глаз, чтобы человек мог видеть объекты на различных расстояниях, достигается за счет изменения толщины хрусталика (линзы). Толщина хрусталика меняется цилиарными мышцами. Если глаз в порядке, он может фокусироваться от бесконечности до минимального расстояния, равного примерно 20 см в раннем детстве, 25 см — в возрасте 20 лет, 50 см — в 40 лет и 5 м — в 60 лет. Если мы смотрим на очень удаленный объект, то есть глаз фокусируется на бесконечность, цилиарные мышцы расслабляются, и линза становится тонкой.

Если же глаз не может фокусироваться на бесконечности, то такой дефект зрения называется близорукостью или миопией. В этом случае нужны очки, которые помогут «дефективной» глазной линзе сфокусировать изображение на сетчатке. Такие очки иногда называют уменьшающими очками, потому что они имеют отрицательный фокус (или диоптрии).

Диоптрия — это величина, обратная фокусному расстоянию линзы, где фокус выражен в метрах.

Уменьшающие очки имеют отрицательные диоптрии. Итак, «уменьшающие» очки в -0.5 диоптрий, например, имеют отрицательный фокус, равный 1/(-0.5) = -2 м.

Другой дефект глаза заключается в том, что глаз не может сфокусироваться на очень близком изображении, то есть глазная линза по тем или иным причинам не может стать достаточно толстой. Этот дефект называется дальнозоркостью или гиперметропией.

Людям с гиперметропией, чтобы разглядеть близкие предметы, требуются очки. Такие очки должны иметь характеристики, противоположные рассмотренным выше, то есть они должны увеличивать изображение и иметь положительный фокус (или диоптрии).

Когда мы смотрим на объект двумя глазами, то в мозг проецируется зрительный образ, создающий стереоскопический эффект, и мы воспринимаем объемность пространства. Если прикрыть один глаз, то будет очень трудно воспринимать «трехмерность» окружающего нас пространства.

Рис. 2.4. Как работает глаз

Рис. 2.5. Корректирование дефектов зрения при помощи очков

Расстояние между глазами (60–70 мм) обеспечивает наше восприятие трехмерного пространства вплоть до 10–15 метров. На более далеком расстоянии очень трудно судить, какой из двух предметов ближе. Вы можете провести такой эксперимент: посмотрите на два достаточно удаленных от вас, но удаленных на разные расстояния, находящиеся в воздухе объекта. Если мы смотрим, скажем, на два дерева, мозг делает заключение о расстоянии на основе земли и перспективы того, что находится перед нами, но перспективное «решение» в этом случае будет сделано не на основе «стереоскопического механизма» глаза.

Когда задумываешься о сложности строения глаза и мощности мозга при «обработке изображений», не перестаешь удивляться. Мы проделываем эти операции сотни раз на дню и даже не думаем об этом.

Не говоря уже о том, что изображение на сетчатке перевернуто, ведь такова природа оптической рефракции, и мы совершенно не замечаем мелких движений глаза, которые происходят во всех направлениях, когда мы смотрим на что-то. Все это расшифровывается и контролируется мозгом.

Конфигурация «глаз/мозг» намного совершеннее любой камеры, которую человек изобрел или изобретет в будущем. Но как люди техники, мы можем сказать, что понимание «работы» глаза и использование непрерывно усовершенствующихся визуальных технологий как на уровне технического, так и на уровне программного обеспечения, позволяет нам получать более совершенные изображения и более полную информацию об окружающем мире. Мы можем видеть вещи, недоступные человеческому глазу, и отслеживать объекты в таких местах, где человек не может находиться.

Рис. 2.6. Разрешающая способность человеческого глаза

Многочисленные эксперименты и тесты показали, что человеческий глаз может различить самое большее 5–6 пар линий на миллиметр. Этот показатель подразумевает оптимальное расстояние между глазом и объектом 30 см, то есть, когда мы, например, читаем достаточно мелкий текст. Это дает минимальный угол примерно в 1/60 градуса. Таким образом, это значение 1/60 градуса считается пределом угловой разрешающей способности для нормального зрения. Мы можем использовать угловую разрешающую способность глаза для лучшего понимания того, как человек воспринимает мелкие детали, что затем позволит нам применить наши теоретические познания на практике.

При расчете оптимальной дистанции между наблюдателем и монитором существует простая рекомендация, которая предписывает умножать высоту экрана монитора на семь. Подробнее о мониторах читайте в соответствующей главе этой книги. Вообще, необходимо понимать, что расстояние до монитора — это крайне важный аспект психофизиологического восприятия деталей в изображении. Человеку, который смотрит в монитор, совершенно не нужно находиться слишком близко к экрану, но и очень далеко от экрана располагаться зрителю тоже не стоит.

Световые единицы

Свет — это физическое явление, интерпретируемое психологическими процессами в нашем мозге. И поэтому его сложнее оценивать или измерять, чем любой другой физический процесс. Чтобы проделать объективные измерения, необходимы некоторые предварительно заданные условия.

Одно из них — это полоса рассматриваемых частот излучения, обычно лежащая в пределах от 400 нм до 700 нм. Все частоты вносят свой вклад в световую энергию, излучаемую источником.

Для начала давайте рассмотрим различные типы источников света.

Обычно их делят на две основные группы:

— первичные источники (солнце, уличное освещение, лампы накаливания, ЭЛТ-мониторы);

— вторичные источники (все объекты, которые не генерируют свет, а только отражают).

Для измерения количества света, излученного, например, лампой накаливания, и света, отраженного от объекта, мы применяем различные способы. И если мы анализируем свет, испускаемый источником во всех направлениях и в узком телесном угле, — то это совсем не одно и то же. Есть несколько причин того, почему мы используем различные единицы измерения света.

Наука, изучающая все эти аспекты, называется фотометрией, а соответствующие единицы измерения — фотометрическими единицами.

Различные ученые, в зависимости от своих взглядов, вводили различные единицы света. Поэтому возникают определенные трудности при попытке понять или описать характеристики телекамер. Но давайте все-таки попробуем пролить свет на эти вопросы и объяснить, что есть что. Начнем в логическом порядке, то есть вначале рассмотрим источники света, затем распространение света в пространстве, падение на объект и, наконец, отражение.

Сила света (/) характеризует световую энергию первичного источника, излучающего во всех направлениях. Единица измерения силы света — кандела (кд). Одна кандела примерно равна количеству световой энергии, испускаемой обычной свечой. В 1948 г. появилось более точное определение канделы: кандела — это сила света, излучаемая черным телом, нагретым до температуры перехода платины из жидкого в твердое состояние.

Световой поток (F) — это сила света в некотором телесном угле. И, следовательно, единица светового потока получается делением силы света на 4

Владо Дамьяновски «CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии»