IP-Kameravalvonta käsikirja. Verkkokamerat Videopalvelimet Videovastaanottimet Verkkovideotallennus Keskushallintaohjelmisto

Transkriptio

1 IP-Kameravalvonta käsikirja Verkkokamerat Videopalvelimet Videovastaanottimet Verkkovideotallennus Keskushallintaohjelmisto

2

3 Tervetuloa VIVOTEK-planeetalle Welcome to Planet VIVOTEK Tietoja VIVOTEK:sta: About VIVOTEK: VIVOTEK Inc., perustettu 2000, on nopeasti ottanut paikkansa verkkokameroiden johtavana valmistajana. VIVOTEK on erikoistunut ääni-kuva komponenttien integrointiin verkkotoimintaan. VIVOTEK Inc., founded in 2000, has quickly taken its place as a leading manufacturer Käyttämällä uusinta koodaustekniikkaa, VIVOTEK:in innovatiivinen R&D-tiimi on kehittänyt laajan valikoiman in the IP multimediakommunikaatiotuotteita. surveillance industry. VIVOTEK specializes Vuonna 2006, in the VIVOTEK:ista integration tuli of julkisen audio-visual kaupankäynnin yhtiö Taiwanin osakepörssissä, tarjoten myynti-, tuki- ja muita palveluita yli 70 maassa components laajan jälleenmyyjä- into network operation. ja järjestelmätuotantoverkon Using sophisticated kautta. codec technologies, VIVOTEK's innovative R&D team develops a wide range of multimedia communication products. In 2006, VIVOTEK became a publicly traded company in the Taiwan Stock Exchange offering sales, support, and other services in over 70 countries through a wide network of distributors and system integrators.

4 Sisältö Kappale 1 IP Valvonta Yleiskuva Yleiskuva Verkkokamerat Esittely Kameratyypit Videopalvelimet Verkkovideotallentimet Keskushallintajärjestelmä Videovalvonnan kehitys Kappale 2 Objektiivi- ja kuvantunnistustekniikka Objektiivi Polttoväli Iiris Objektiivin kiinnitystyypit Kuvasensori Sensorityypit Resoluutiot Sensorin skannaustilat Laaja dynaaminen alue Objektiivi- ja kuvantunnistuksen huomautukset Objektiivin muototekijät kuvantunnistuksessa Kuvakulma Yö ja päivä Kappale 3 Video- ja äänipakkaus Videopakkaus MJPEG MPEG H Äänenpakkaus G AMR AAC Videon ja äänen streamaus Monikanava streamaus Kaksitie-ääni... 23

5 Sisältö Kappale 4 IP-verkko Verkkotyypit Verkkolaitteet IP- osoite Verkkoprotokollat Laitteiden yhdistäminen Lähetysprotokollat Videon lähetysmenetelmät Tapahtuman ilmoitus Aikatiedon korjaaminen Videolaadun ohjaus Langattomat verkot WiFi GPP WiMAX Turvallisuus IP- suodatus Käyttäjänimi ja salasana Salausprotokollat Langattomien verkkojen suojaaminen PoE Kappale 5 Kameran kotelo ja kiinnitys Kotelo Vandaalisuojattu Säänkestävä Kotelointi Kiinnitys Kääntöpää Kappale 6 Kaistanleveys ja tallennus Kaistanleveyden hallinta Vaatimusten arviointi Laskenta Tallennus Vaatimusten arviointi Tallennusmedia Vikasietoisuus Kaapelit RAID... 43

6 Sisältö Kappale 7 Videon hallinta Videon hallinta-alustat PC-pohjainen NVR- pohjainen Ohjelmiston perusominaisuudet Valvonta Tallennus Toisto Hallinta Lisätoiminnot E-map -kartta Automaattinen varmuuskopiointi Virheraportti Digitaaliset I/O -laitteet Digitaaliset sisääntulolaitteet Digitaaliset ulostulolaitteet Suurien järjestelmien hallinta Kappale 8 Sovellukset Kappale 9 Järjestelmän suunnittelu Asiakkaan tarpeiden tunnistaminen Näyttöhuomautukset Ympäristötekijät Järjestelmän suunnittelu Kameran huomautukset Laitteistohuomautukset Ohjelmistohuomautukset Asennus ja tarkastukset Asennuspaikka Asennuksen jälkeiset tarkastukset Käyttökoulutus Järjestelmän ylläpito Kappale 10 Älykkäät videojärjestelmät Esittely Rakenne Keskitetty alusta Jaettu alusta Jaetun rakenteen edut Havaitseminen Peukaloinnin tunnistus Älykäs liiketunnistus Oleskelun tunnistus Rekisterikilven tunnistus Henkilölaskuri Sanasto... 67

7 Chap.1 IP Surveillance Overview Kappale 1 IP Valvonta Yleiskuva Kappale 1 IP Valvonta Yleiskuva 1,1 Yleiskuva Chap.1 IP Surveillance Overview Internetin laajentuminen ja innovatiivisen teknologian lisääntyminen on kasvattanut IP- valvontateollisuutta nopeasti, muuttaen videovalvontamarkkinoita. Odotamme, että IP- valvonta tulee lähitulevaisuudessa olemaan dominoiva videovalvontatekniikka markkinoilla, verkkokameroiden ja videopalvelimien ollessa suurin tulija. 1.1 Overview IP- valvonta digitoi videovirrat ja lähettää ne verkon kautta, jolloin videota ja kuvaa voidaan etäkäyttää verkkolaitteesta, Increasing kuten penetration tietokoneelta, of the Internet milloin and tahansa. the development IP- valvontajärjestelmän of innovative pääosat technologies ovat have kamerat, encouraged videopalvelimet, rapid verkkovideotallentimet growth of the IP ja surveillance keskushallintaohjelmisto. industry, driving VIVOTEK changes in tarjoaa the video kattavan surveillance valikoiman market. yllä mainittuja It is expected tuotteita, that IP jotka auttavat surveillance asiakasta will rakentamaan be dominating heidän the tarpeitaan video surveillance vastaavan market luotettavan in the near ja korkealaatuisen future, with network IP- valvontajärjestelmän. cameras and video servers being major trends. IP- valvontatuotteita käytetään useilla eri aloilla, jotka yleensä kuuluvat seuraavaan neljään ryhmään: An IP surveillance digitizes video streams and transmits them over networks, allowing users to view and manage Ammattimaiset the video and sovellukset: images remotely kuljetus, with a julkinen networked hallinto, device, teollisuus, such as rakennus, a PC, anytime terveydenhoito, and anywhere. jne. Key components SMB- of sovellukset: an IP surveillance pankit, system koulutus, consist jälleenmyynti, of network vapaa-aika, cameras, video jne. servers, network video recorders and central Kotisovellukset: management asunnon software. valvonta, VIVOTEK digitaalinen provides a full koti, range jne. of products mentioned above to help customers build a 3GPP-valvonta: reliable and high mobiili performance valvonta, IP vanhustenhoito, surveillance system lasten that tai meets lemmikkien their needs. valvonta, jne. IP surveillance products are being used in a variety of application fields, which generally fall into the following four 1.2 Verkkokamerat categories: Esittely Professional applications: transportation, government, industrial, construction, health care, etc. SMB applications: banking, education, retailing, recreation, etc. Verkkokamera, jota kutsutaan myös nimellä Internet-kamera, IP- kamera tai Internet-videokamera, lähettää suoraa digitaalivideokuvaa Home applications: Ethernet- residential verkosta päätelaitteeseen, surveillance, digital kuten home, tietokone etc. tai 3G-puhelin. Määritetyllä IP- osoitteella, sisäänrakennetulla 3GPP applications: palvelimella mobile ja ääni-/videovirtauksen surveillance, elder care, protokollilla baby or pet kykenee viewing, IP-kamera etc. toimimaan itsekseen reaaliajassa. 1.2 Network Cameras Verkkokameran kuvaa voidaan katsoa verkkoselaimilla, kuten Internet Explore, Firefox, Mozilla ja Opera, jolloin asiakas voi katsoa live-kuvaa eri verkkolaitteista. Tämän lisäksi, asiakkaat voivat käyttää ja ohjata useaa kameraa samanaikaisesti Introduction kaikkialta, jossa on verkkoyhteys. Tästä syystä IP- valvontajärjestelmä on helppokäyttöisempi ja kätevämpi verrattuna tavalliseen CCTV- järjestelmään. A network camera, also known as Internet camera, IP camera or Internet video camera, transmits live digital video over an Ethernet network to back-end devices such as a PC or 3G phone. With a dedicated IP address, a built-in web server and audio/video streaming protocols, it can work independently for real-time monitoring. Images from network cameras can be viewed with a web browser such as Internet Explore, Firefox, Mozilla and Opera, enabling customers to perform live viewing on different networked devices. In addition, customers can control and manage multiple cameras at the same time in any places where network connection is available. Therefore, an IP surveillance system is easier and more convenient to use compared with a CCTV system. 1 1

8 Chap.1 IP Surveillance Overview Kappale 1 IP Valvonta Yleiskuva 3G-puhelin Ulkoinen mikrofoni Kaiutin Kannettava tietokone verkkoselaimella Verkkokamera Router Tietokone tallennusohjelmalla Figure Kuva Network verkkokameran camera connection liitäntä Verkkokamera A network koostuu camera pääasiassa mainly consists objektiivista, of a lens, kuvasensorista, an image sensor, kuvaprosessorista, an image processor, videopakkauksesta a compression SoC SoC (Järjestelmäpiiri) (System on Chip) ja Ethernet- and an piiristä, Ethernet joka chip tarjoaa that offers verkkoliitettävyyden network connectivity tiedonsiirtoon for data transmission (Kuva 1.2). (Figure 1.2). Objek- ktiivi SoC SoC for WLAN tai tai WLAN or Video/äänipakkaukselle Compression Video/audio Ethernet/Poe Ethernet/PoE LAN/Internet Flash Flash Flash DRAM ROM DRAM ROM ROM Lens Kuvasensori Image DSP DSP kuvankäsittelylle DSP for Image Sensor Processing Figure 1.2 Network camera composition Kuva 1.2 verkkokameran kokoonpano When light passes through the lens to the sensor, it is converted to digital signals and then processed by a built-in Kun valo digital kulkee signal objektiivin processor. kautta The processed sensoriin, video muuttuu data se is digitaalisignaaliksi, then compressed by jonka a multimedia jälkeen sisäänrakennettu SoC to achieve a smaller digitaalisignaaliprosessori data size for optimal transmission. käsittelee sitä. Finally, Käsitellyt the video videotiedot images pakataan are sent through sitten multimediaa the Internet SoC to back-end -laitteella devices tietojen to koon pienentämiseksi allow for viewing lähetyksessä. and storage. Apart Lopuksi from videokuva compression, lähetetään the internetin SoC is kautta built with päätelaitteeseen a RISC CPU for katsomista processing ja tallennusta system varten. and network Videon data. pakkaamisen lisäksi, SoC on varustettu RISC CPU- suorittimella, järjestelmä- ja verkkotietojen käsittelyyn. The general interface of a network camera includes a power cord socket, an Ethernet socket, audio I/O ports and digital I/O ports (Figure 1.3). Verkkokameran käyttöliittymät sisältävät virtajohdon liittimen, Ethernet- liittimen, äänen I/O-portit ja digitaaliset I/Oportit (Kuva 1.3). Audio Out Ääniulostulo Status LED Tila LED-valo SD/SDHC Microphone In SD/SDHC- Card Slot kortin Mikrofonitulo paikka: Ethernet 10/100 Power Cord RJ45 Socket Ethernet 10/100 Virtajohdon Socket liitin RJ45 -liitin General I/O Terminal Yleinen Block I/O Indented Reset Sisällä Button oleva Liitäntälohko resetointipainike External/Internal Ulkoinen/sisäinen MIC mikrofonikytkin Switch Kuva Figure Verkkokameran General interface yleinen of network käyttöliittymä camera 2 2

9 Kappale 1 IP Valvonta Yleiskuva Laajan IP- valvontatuotteiden valikoiman lisäksi, VIVOTEK on saavuttanut kilpailukykyisiä etuja kilpailijoihin verrattuna, koskien multimedia SoC laitteita, EE & ME integraatiota ja multimedia SDK. Näillä ominaisuuksilla VIVOTEK kykenee tarjoamaan integroituja tuotteita korkealaatuisella kuvanlaadulla, kattavat asiakaspalvelut ja mukautettavia sovellusratkaisuja Kameratyypit Yleisesti verkkokamerat voidaan jakaa neljään tyyppiluokkaan eri sovelluksille, mukaan lukien kiinteä, PTZ (panorointi/kallistus/zoomaus), kiinteä dome ja kääntöpää dome. Kiinteä tyyppi Kiinteä verkkokamera osoittaa tiettyyn suuntaan määritetyn alueen valvomiseksi, kuten käytävät, portaat tai hallit. Koska ihmiset näkevät kameran kuvaussuunnan, voi se tietyissä tilanteissa pelottaa vahingonteolta ja rikollisuudelta. Kiinteä verkkokamera toimitetaan yleensä RS-232/422/485 -käyttöliittymällä, joka voidaan liittää kameran panorointi/kallistusskanneriin, laajemman alueen kattamiseksi. Useassa verkkokamerassa on vaihdettava C/CS- kiinnitettävä objektiivi, jolloin käyttäjä voi vaihtaa objektiivin käyttötarkoitukseen sopivaksi. Lisätietoja C/CS- kiinnityksestä on kappaleessa 2. PTZ tyyppi Kuva 1.4 Kiinteä verkkokamera Kykenee vaihtamaan kuvaussuuntaa vaaka- ja pystysuunnassa laajemman kuvan saamiseksi, panorointi/kallistus verkkokameraa käytetään suurissa tiloissa, kuten eteisaulat tai pysäköintialueet. Osa panorointi/kallistus verkkokameroista on varustettu zoomaustoiminnolla, jolla voidaan suurentaa kaukana olevia kohteita. Käyttäjät voivat ohjata PTZ- toimintoja helposti verkkoselaimen kautta. Kuva 1.5 PTZ- verkkokamera 3

10 Kappale 1 IP Valvonta Yleiskuva Kiinteä dome tyyppi Verkkokameraa kiinteällä kupolilla käytetään lähinnä sisätilojen valvontaan, jonka kotelo tekee kameran kuvasuunnan havaitsemisesta vaikeampaa. Ns. 3-AXIS, kolmen akselin mekanismilla, kuva pysyy pystysuunnassa vaikka kamera olisi asennettu kattoon tai seinälle. Tämän lisäksi kiinteä kupoli on helpompi sovittaa rakenteisiin. Verkkokamera kiinteällä kupolilla voidaan varustaa säänkestävällä tai särkymisen kestävällä kotelolla ulkokäyttöön. Kääntöpää dome tyyppi Kuva 1.6 Kiinteä dome verkkokamera Kiinteällä kupolilla varustettuun kameraan verrattuna, on kääntöpää dome varustettu PTZ eli panorointi, kallistus ja zoom toiminnoilla, mikä mahdollistaa useamman näyttökulman. Hyvällä suurennuskyvyllä, kuvan vakauksella ja 360- asteen panoroinnilla varustettua kääntöpää domekameraa käytetään pääasiassa esimerkiksi lentokentillä, pankeissa tai kaupungin turvallisuudessa. 1.3 Videopalvelimet Kuva 1.7 Kääntöpää dome verkkokamera Videopalvelin on laite joka muuntaa analogiset signaalit digitaalisiksi, jonka avulla käyttäjät voivat muuttaa valvontajärjestelmän digitaaliseksi vaihtamatta olemassa olevaa CCTV- järjestelmää. Videopalvelin sisältää pakkaussirun ja Ethernet- piirin, jotka ovat saatavissa kahdentyyppisinä: yhdellä tai neljällä portilla. Kuva 1.8 Videopalvelin 4

11 Kappale 1 IP Valvonta Yleiskuva 1.4 Verkkovideotallentimet NVR (Verkkovideotallennin), on IP- pohjainen tallennin, joka toimii tietokoneesta tai muusta käyttöjärjestelmästä riippumatta. Koska tarkoituksena on digitaalivideon tallennus verkkokameroista, on NVR yleensä liitetty suureen kiintolevyyn, joka mahdollistaa pitkäaikaisen tallennuksen. NVR eroaa perinteisestä DVR:stä sen verkkoliitettävyyden ansiosta, mikä mahdollistaa digitaalitietojen lähettämisen toiseen verkkolaitteeseen Internetin kautta. Toinen ero on että NVR voidaan liittää suoraan verkkokameraan, kun DVR liitetään tavallisesti analogiseen kameraan. VIVOTEKin NR7401 auttaa rakentamaan tehokkaan valvontajärjestelmän, jossa voit tallentaa, valvoa, ja hallita videotietoja samanaikaisesti Internetin kautta. NR7401 toimii saumattomasti kaikkien VIVOTEKin verkkokameroiden kanssa. 1.5 Keskushallintajärjestelmä Kuva 1.9 Verkkovideotallennin Keskushallintaohjelma, jonka yleensä tarjoaa kameran myyjä tai erillinen ohjelman myyjä, mahdollistaa kameran hallinnan ja ohjauksen etäkohteesta. Yleensä keskushallintaohjelma on Windows- pohjainen, mikä mahdollistaa sen asentamisen useimpiin tietokoneisiin. Keskushallintaohjelma käyttää asiakas-palvelin rakennetta, jossa palvelinohjelma, asiakkaan näyttö- ja tallennusohjelmat on asennettu erillisiin tietokoneisiin. Asiakkaat voivat katsoa suoraa kuvaa, suorittaa tapahtuman laukaiseman tallennuksen tai toistaa videotallennetta asiakkaan tietokoneella, ohjatessaan samalla kameroita ja tallentaessaan jatkuvasti palvelintietokoneella. Jokainen palvelintietokone voidaan laajentaa sisältämään useita alipalvelintietokoneita, ja täten lisätä käytettävien kameroiden määrää. VIVOTEK ST7501 keskushallintaohjelma toimii saumattomasti VIVOTEKin verkkokameroiden ja videopalvelimien kanssa ja auttaa asiakkaita rakentamaan kestävän, joustavan ja tehokkaan alustan keskitetylle videonhallinnalle. Kuva 1.10 Keskushallintajärjestelmä 5

12 Kappale 1 IP Valvonta Yleiskuva 1.6 Videovalvonnan kehitys Kahden vuosikymmenen aikana videovalvonta on kehittynyt täysin analogisesta täysin digitaaliseen. Valvontajärjestelmien kehitys on jaettu kolmeen jaksoon, ensimmäiseen, toiseen ja kolmanteen sukupolveen. Ensimmäisen sukupolven valvontajärjestelmät koostuivat analogisista CCTV- kameroista, multipleksereistä, analogisista monitoreista ja videonauhureista. Kamerakuva lähetetään koaksiaalikaapelin kautta ja tallennetaan videonauhalle. Rajoitetusta tallennuskapasiteetista johtuen, kasetit on vaihdettava säännöllisesti pitkäaikaisessa tallennuksessa luvun alussa saapuivat toisen sukupolven valvontajärjestelmät, jotka koostuivat CCTV- kameroista, DVRtallentimista ja digitaalinäytöistä. Analogisen kameran kuva digitoidaan ja tallennetaan DVR- tallentimeen. Videonauhurin vaihto DVR- tallentimeen antaa käyttäjille joustavamman tietojen näytön ja tallennuksen. Vuoden 2005 aikana, verkkokäyttöisten DVR- laitteiden kysyntä laantui ja puhtaasti verkkopohjaiset NVR- tallentimet esiteltiin markkinoille. NVR- tallentimet mahdollistavat tietojen etäkäytön ja -hallinnan. Kolmannen sukupolven valvontajärjestelmät, IP-valvonta, esiteltiin 2000-luvun alkupuolella. Tämä valvontajärjestelmä käyttää verkkokameroita ja hyödyntää täydellisesti TCP/IP Internetiä. Käyttäjät voivat ohjata, valvoa ja tallentaa livevideota etäkohteesta (Kuva 1.11). VIVOTEK Verkkokamera VIVOTEK Verkkovideotallennin Tietokone videonhallintaohjelmalla Analogikamera Koaksiaalikaapeli Koaksiaalikaapeli Analogikamera VIVOTEK Videopalvelin Kuva 1.11 IP- valvontajärjestelmän rakenne IP- valvonnan edut Etävalvonta/-tallennus Koska video voidaan lähettää etäverkkolaitteisiin Ethernet- verkon kautta, käyttäjät voivat katsoa kamerakuvaa mistä paikasta tahansa, jossa on IP- verkkoyhteys. Kustannustehokas Videovalvontajärjestelmät voivat hyödyntää olemassa olevaa IP- verkkorakennetta ja alentaa asennuskustannuksia huomattavasti. Suuri laajennettavuus Lisäämällä uusia verkkokameroita tai muita verkkolaitteita IP- valvontajärjestelmään on helppoa liittämällä ne reitittimen kautta. Ylivoimainen kuvalaatu Verkkokamerat tarjoavat loistavan kuvanlaadun; useimmat niistä tarjoavat megapikseli tarkkuuden. Tämän lisäksi, IPvalvonnassa ei ole signaalin heikkenemisongelmia lähetyksen aikana, mikä takaa vakaan kuvalaadun. 6

13 Kappale 2 Linssi- ja kuvantunnistustekniikka Kappale 2 Objektiivi- ja kuvantunnistustekniikka 2.1 Objektiivi Korkealaatuisen kuvan saaminen riippuu useasta eri tekijästä, kuten ympäristön valo, objektiivi, sensori, pakkausmoottori, jne. Itse kamerassa kuitenkin objektiivi määrää onko kuva hyvä tai huono. Turvallisuusteollisuudessa kameroiden eroaavuuden vuoksi on järjestelmän asentajien itse valittava ja hankittava tarpeidensa mukainen objektiivi, etenkin kun kyseessä on kiinteä tyyppinen C/CS- kiinnityksellä varustettu objektiivi Polttoväli Polttoväli on ilmaisimen ja objektiivin toisen pääpisteen välinen etäisyys. Taaksepäin Taaksepäin pääpiste pääpiste Eteenpäin pääpiste pääpiste Kuva 2.1 Polttoväli Mitä lyhyempi polttoväli, sen laajempi kuvakenttä ja enemmän vääristymiä. Päinvastoin, mitä pidempi polttoväli, sen pienempi kuvakulma ja -kenttä. 7

14 Kappale 2 Linssi- ja kuvantunnistustekniikka Kuva 2.2 esittää lyhyestä polttovälistä aiheutuvan kuvan vääristymisen ja pidemmän polttovälin aiheuttama teleobjektiivitehoste. Objektiiveja on seuraavan tyyppisiä: (a) (b) (c) Kuva 2.2 Kuvien vertailu (a) laajalla (b) normaalilla (c) telepolttovälillä Kiinteä objektiivi: polttoväli ei voida muuttaa. Muuttuva polttoväli: polttoväliä (näyttökenttä) voidaan säätää manuaalisesti;. Tavallisin objektiivi muuttuvalla polttovälillä on mm. Suurentava objektiivi: muuttuvan polttovälin objektiivi moottoroidulla mekanismilla polttovälin säätöön. yleensä, AF (Auto Focus) algoritmia käytetään tarkennukseen automaattisesti. Tarkennus Tele/laaja Kiinteä objektiivi Muuttuva polttoväli Kuva 2.3 Kiinteät ja muuttuvan polttovälin objektiivit Iiris Iiris ohjaa objektiiviin tulevaa valomäärää kuvauksen aikana. Iiris on yksi tärkeimmistä tekijöistä koskien valoherkkyyttä, aukkoa, sulkimen aikaa, sensoria ja nousua. Iiris Kuva 2.4 Iiris verrattuna silmän pupilliin 8

15 Kappale 2 Linssi- ja kuvantunnistustekniikka Iiris mitataan F-luvulla, joka on polttovälin ja objektiivin halkaisijan välinen suhde. Iiriksen koko on käänteisesti suhteessa F-lukuun. Aina kun F-luku suurenee, puolittuu valotussuhde (Kuva 2.6). Kuva 2.5 F-luvun ja aukon välinen suhde F-luku Valotussuhde Iiris sisältää seuraavat hallintamenetelmät: Manuaalinen iiris Kuva 2.6 F-luku ja vastaava valotussuhde Manuaalista iiristä säädetään renkaalla objektiivissa. Sitä käytetään kun valo-olosuhteet ovat vakaat. Auto-iiris Auto-iiris säätää tulevaa valomäärää automaattisesti kameran pitämiseksi optimaalisessa valo-olosuhteessa. Sitä käytetään yleensä ulkosovelluksissa tai kohdissa, joissa valo-olosuhteet muuttuvat jatkuvasti. Auto-iiris tyyppejä on kaksi: Videokäyttöinen ja DC-käyttöinen iiris. Videokäyttöinen iiris: videosignaali lähetetään käyttöpiiriin objektiivissa ja muunnetaan sähkövirraksi iiriksen moottorin ohjaamiseksi. Koska vahvistinpiiri on rakennettu sisään objektiiviin, on objektiivi videokäyttöisellä iiriksellä kalliimpi. DC-käyttöinen iiris: iiristä ohjataan DC-virralla. Koska käyttöpiiri on integroitu kameraan objektiivin sijasta, on objektiivi DC-käyttöisellä iiriksellä halvempi Objektiivin kiinnitystyypit f/1.4 f/2 f/2.8 f/4 f/5.6 f/8 C- ja CS- on kaksi yleistä objektiivin kiinnitysstandardia, jotka on kehitetty objektiivin vaihtamista varten. C/CSkiinnitys objektiivien pääasiallinen ero on etupinnan polttovälin etäisyys. Etupinnan polttovälin etäisyys on objektiivissa CS- kiinnityksellä 12.5mm ja mm C-kiinnityksellä (Kuva 2.7). Objektiivi CS- kiinnityksellä on halvempi ja pienikokoisempi, johtuen vähemmästä määrästä lasiosia. 9

16 Kappale 2 Linssi- ja kuvantunnistustekniikka Kuva 2.7 Polttovälin vertailu C/CS- kiinnityksen objektiiveissa Huomaa, että C-kiinnityksen objektiivia voidaan käyttää CS- kiinnitys kamerassa lisäämällä 5 mm välikkeen (C/CS sovitinrengas), mutta CS- kiinnityksen objektiivia ei voida käyttää C- kiinnitys kamerassa. Kuva 2.8 CS- kiinnitys kamera C-kiinnityksen objektiivilla ja sovitinrenkaalla VIVOTEKin IP7161 voidaan varustaa sekä CS- että C-kiinnityksen objektiivilla säätämällä säätörengasta (Kuva 2.9). Tämä innovatiivinen menetelmä parantaa objektiivin yhteensopivuutta ja asennusta. Ulkopuolinen kuva Sisäpuolinen kuva Kuva 2.9 VIVOTEK IP7161 säätörenkaan toiminta 10

17 Kappale 2 Linssi- ja kuvantunnistustekniikka 2.2 Kuvasensori Kuvasensori eli kuvakenno on keskeisessä roolissa objektiivin läpi kulkevan valon muuttamisessa sähkösignaaleiksi. Valmistusprosessista riippuen, käytössä kahden tyyppisiä kuvasensoreita: CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) ja CCD (Charge-coupled Device) Sensorityypit CMOS CMOS on standardisoitu ja jatkuvasti kehittyvä valmistusprosessi, jota käytetään puolijohdannaisteollisuudessa. Jokaista pikseliä CMOS- ilmaisimessa seuraa p-n liitokseen perustuva vahvistus. p-n liitos vastaanottaa fotoneja ilmaisimesta ja lähettää ne kuvasignaaliprosessoriin. CCD CCD on digitaaliseen kuvantamiseen kehitetty valmistusprosessi. CCD on analoginen muuntorekisteri, joka mahdollistaa analogisten signaalien (sähkölataukset) kuljettamisen peräkkäisissä jaksoissa (kapasitaattorit), kellosignaalin ohjaamina. Analogiset signaalit jokaisessa kapasitaattoririvissä lähetetään ja muunnetaan digitaalisignaaleiksi analogi- digitaali IC:ssa. Taulukko 2.1 CMOS- ja CCD- järjestelmän ominaisuuksien ja olosuhteiden vertailu CMOS CCD Ei virheitä, sekavuutta tai häiriöitä Korkea valoherkkyys Ominaisuudet Alhainen virrankulutus Korkea värikylläisyys Alhaiset kustannukset Vähän häiriöitä alhaisella Luksilla Ympäristö Laajasti käytössä sisätiloissa Laajasti käytössä ulkotiloissa Resoluutiot Resoluutio viittaa pikselimäärään kuvan vaaka- ja pystysuunnassa. Esimerkiksi resoluutio 1280x1024 tarkoittaa, että vaakasuunnassa on 1280 pikselia ja pystysuunnassa 1024 pikseliä. Koko kuvan resoluutio on täten n. 1.3 megapikselia. Mitä korkeampi resoluutio, sen enemmän tietoja voidaan liittää ja sitä parempi kuvanlaatu. Perinteisessä CCTV-järjestelmässä maksimiresoluutio on 720x480 NTSC (National Television System Committee) ja 720x576 PAL (Phase Alternating Line) -järjestelmässä. Yleisin resoluutio on 704x480 NTSC/704x576 PAL. NTSC National Television System Committee kehitti maailman ensimmäisen standardin väri-tv lähetyksiin NTSC vuonna Sen kuvakoko oli 704x480 kuvanopeudella 30 kuvaa sekunnissa. NTSC on pääasiassa käytössä Yhdysvalloissa, Kanadassa ja Japanissa, jossa käytetään 60Hz AC sähköä. NTSC- signaalit voidaan näyttää musta-valkoisessa TV:ssä, koska ne sisältävät luminanssisignaaleja ja väritietoja. Sen heikkous on kuitenkin vaihevääristymät ja epävakaat värit. PAL 1967 syntyi uusi värikoodausstandardi TV-lähetyksille Saksassa nimeltään PAL, joka oli kehitetty Euroopan 50Hz AC sähkölle. PAL:n kuvakoko on 704x576 täydellä kuvanopeudella 25 kuvaa sekunnissa. Koska väritietojen vaihe jokaisella viivalla on käänteinen, PAL rajoittaa värin vääristymisongelmia. 11

18 Kappale 2 Linssi- ja kuvantunnistustekniikka D1 D1-formaatti, tunnetaan myös nimellä SMPTE 259M, on SMPTE Engineering Committeen vuonna 1986 kehittämä digitaalinen kuvaformaatti, jota käytetään videonauhureissa. NTSC- järjestelmässä, D1-kuvakoko on 720x480, enintään 30 kuvalla sekunnissa; PAL- järjestelmässä, D1-kuvakoko on 720x576, enintään 25 kuvalla sekunnissa. D1- formaattia käytetään pääasiassa analogisissa kameroissa. CIF CIF (Common Intermediate Format), yleisesti käytetty videokonferensseissa, mainittiin ensimmäisen kerran ITU-T H.261 suosituksessa vuonna CIF- kuvakoko on 352x288, sama kuin 1/4 PAL- kuvasta. Sen kuvanopeus on 30 kuvaa sekunnissa, eli sama kuin NTSC. QCIF 176x120 CIF 352x240 QCIF 176x144 CIF 352x288 4CIF 704x480 D1 720x480 4CIF 704x576 D1 720x576 (a) (a) (b) (b) Kuva 2.10 CIF (a) NTSC- ja (b) PAL- järjestelmille VGA VGA (Video Graphics Array) formaatin määritti IBM vuonna 1987 ja sen kuvakoko on 640x480. Tietokoneiden ja teollisuusnäyttöjen standardien vuoksi on VGA yleisesti käytössä digitaalisissa kuvalaitteissa. IBM on laajentanut VGA- standardin 1024x768 XGA (Extended Graphics Array) ja 1600x1200 UGA (Ultra Graphics Array) -järjestelmiin. Kuva 2.11 VGA, 1.3 MP ja 2 MP kuvakokojen vertailu 12

19 Kappale 2 Linssi- ja kuvantunnistustekniikka Megapikseli Megapikseli verkkokameran resoluutio on vähintään kolme kertaa suurempi kuin analogisen CCTV- kameran. Megapikselikameraa käytetään pääasiassa kohteissa, joissa tarkka tunnistus on tärkeää, kuten rekisterikilvet tai kasvot, koska se tarjoaa poikkeuksellisen tarkan kuvan. Sen suuresta pikselimäärästä johtuen käytetään megapikselikameraa myös suurissa tiloissa, kuten pysäköintialueet tai lentokentät, kuvien näyttämiseksi laajalta alueelta. Megapikseli- sensori on johtanut uuteen ei-mekaanisten PTZ- kameroiden kehitykseen. Nämä tunnetaan nimeltä digitaaliset PTZ- kamerat. Kamera kaappaa megapikselikuvan ja lähettää vain käyttäjän määrittämän pienoiskuvan näyttöön, jolloin käyttäjät voivat katsoa eri kuvia valitsemalla ne näytöltä kameran liikuttamisen sijaan Sensorin skannaustilat Kuvasensorin skannaustilat sisältävät lomitetun ja progressiivisen skannauksen. Lomitettu skannaus Lomitettu skannaus jakaa näytön parillisiin ja parittomiin kenttiin, jotka sisältävät parillisia ja parittomia viivoja. Kun koko kuva uudistetaan, näkyy parillinen kenttä ensin ja sitten pariton. Näiden kentän näkymisen aikaväli johtaa rosoiseen reunaan, etenkin liikkuvissa kohteissa. Lomitettua skannausta käytetään lähinnä TV:ssä, jossa on alhainen pyyhkäisynopeus, joka johtaa kuvan vilkkumiseen. Lomitettu skannaus voi vähentää vilkkumista, koska kentän pyyhkäisynopeus lomitetussa skannauksessa on kaksi kertaa nopeampi kuin tavallinen kuvanopeus. Osa näytöistä poistaa rosoiset reunat poistamalla parittomat kentät ja monistamalla parilliset kentät parittomina. Pystytason resoluutio kuitenkin puolittuu. Progressiivinen skannaus Progressiivinen skannaus uudistaa koko kuvan näyttämällä kuvan parilliset ja parittomat viivat peräkkäin kenttien sijasta. Koska jokaisen näytön välissä ei ole viivettä, poistuu ongelma rosoisilla viivoilla liikkuvissa kohteissa. Kaappaus Näyttö Lomitettu skannaus Lomitettu skannaus Progressiivinen Progressiiivinen skannaus Pariton kenttä Parillinen kenttä 1 Kuva Pariton kenttä Parillinen kenttä 1 kuva 1 Kuva 1 kuva Lomitettu skannaus Lomitettu skannaus Progressiivinen skannaus Progressiivinen skannaus Kuva 2.12 Progressiivinen skannaus poistaa lomitetun skannauksen rosoiset reunat 13

20 Kappale 2 Linssi- ja kuvantunnistustekniikka LCD- näyttöjen pyyhkäisynopeudella ja LCD TV:n noustessa ihmissilmän tasolle, ei lomitettua skannausta tarvita näytön vilkkumisen poistamiseen. Progressiivinen skannaus on siksi korvaamassa lomitetun skannauksen Laaja dynaaminen alue Kuvattaessa korkealla kontrastilla, taustavalolla, häikäisevässä tai heijastavassa olosuhteessa, kuten aulat, pankkiautomaatit tai ikkunat, tulee kohteesta tumma ja vaikeasti tunnistettava. WDR (Wide Dynamic Range) tekniikka varmistaa kohteen tunnistettavuuden näissä olosuhteissa valottamalla koko kuvan tummat ja vaaleat osat. VIVOTEKin palkittu IP7142 ja FD7141 tukee WDR- tekniikkaa, joissa kamera pystyy toimimaan haastavissa valo-olosuhteissa. (a) (a) (b) (b) Kuva 2.13 kuvanlaatu (a) ilman WDR:ää ja (b) WDR:llä 2.3 Objektiivi- ja kuvantunnistuksen huomautukset Objektiivin muototekijät kuvantunnistuksessa Ilmaisinkoko määritetään yleensä lävistäjän mukaan, ja on yleensä 1/4", 1/3, ja 1/2". Objektiivi voidaan asentaa pienempään sensoriin. Kun käytössä on suurempi sensori, esimerkiksi 1/4 sensori varustettuna 1/3 objektiivilla, on kuvan kulmat tummia. 6.4 mm 4.8 mm 3.6 mm 1/4 2.7 mm 1/3 3.6 mm 1/2 4.8 mm 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 Sensori Sensori 1/4 linssi 1/3 linssi 1/2 linssi linssi linssi linssi Kuva 2.14 Sensorin koko ja vastaava objektiivin koko 14