Kamery przemysłowe CCTV można dzielić na wiele sposobów.

Kamera składa się z:

• przetwornika, który przetwarza obraz obiektu na sygnał elektryczny,
• obiektywu,
• zestawu urządzeń elektronicznych, które dokonują obróbki sygnału elektrycznego.

Podstawą do osiągnięcia dobrej jakości obrazu jest dokładność wykonania przetwornika oraz jakość i prawidłowy dobór obiektywu. Automatyka kamery może skorygować sygnał tylko w pewnych granicach, dlatego należy traktować ją jako pożyteczne uzupełnienie.

W kamerach stosuje się obecnie przetworniki wykonywane w technologiach:

• CCD (Charged Coupled Device),
• CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).

CCD - to przetwornik oparty na zasadzie gromadzenia ładunku na sensorze pod wpływem światła. Technologia wykonywania takich przetworników, choć opracowana jako pierwsza, jest droga i dostępna tylko nielicznym firmom.

CMOS – to przetwornik produkowany w oparciu o technologię produkcji układów scalonych, gdzie światło steruje bramką tranzystora, będącego pojedynczym sensorem. Technologia tania, dostępna wielu firmom, pozwalająca na rewolucję cenową, ponieważ do tej pory przetwornik zawierał w sobie ok. 40 % kosztów układu elektronicznego kamery.

Rozwój przetworników CMOS następuje poprzez:

• zmniejszanie elementów mikrotranzystorowych,
• wyposażanie ich w mikrosoczewki, własne wzmacniacze sygnału APS (Active Pixel Sensor) i własne przetworniki analogowo-cyfrowe.

W bliskiej przyszłości należy się spodziewać takiego dopracowania tej technologii, że stanie się ona podstawową w budowie kamer i aparatów cyfrowych – mimo, że obecnie kojarzona jest ze sprzętem niższej jakości.
Zwiastunem tej tendencji są przetworniki QuantumFilm wykorzystują ostatnie osiągnięcia nanotechnologii, a w szczególności zjawiska zachodzące w tzw. „kropkach kwantowych”.

W tradycyjnej technologii sygnał był w całości “sczytywany” z przetwornika, wzmacniany i dopiero poddawany obróbce dalszej obróbce.
Przełom jakościowy w odbiorze sygnału z przetworników wprowadziła technologia DSP.

DSP (Digital Signal Processing)
W tego typu przetwornikach każdy element światłoczuły jest wyposażony we własny przetwornik analogowo cyfrowy. Sygnał zostaje przetworzony na postać cyfrową na poziomie poszczególnych elementów światłoczułych – zmniejsza to zakłócenia, pozwala na możliwość sterowania pracą poszczególnych elementów światłoczułych. Każdy piksel może być odczytywany tuż przed osiągnięciem stanu nasycenia, co redukuje możliwość prześwietlenia. W stosunku do tradycyjnych kamer pojawiają się nowe możliwości takie jak: detekcja ruchu, programowany backlight, zdalne sterowanie przez złącze RS–232, datownik, generator opisu, czy menu ekranowe. Generalnie takie kamery charakteryzują się lepszym kontrastem, często posiadają możliwość redukcji efektu rozmycia jasnych punktów obrazu (efekt taki występuje, kiedy obserwujemy obraz z punktami o bardzo dużej jasności, które są widziane wtedy jako smuga). W najbardziej rozbudowanych kamerach z DSP możliwa jest detekcja zmiany oświetlenia oraz elektroniczny zoom.

Widok przetwornika CCD

Oferta rynkowa w zakresie przetworników
W praktyce instalatora monitoringu przewagę jeszcze mają kamery z przetwornikami CCD. Jednak ze względu na to, że technologia produkcji kamery CMOS pozwala na zachowanie niewielkich rozmiarów znajdują one zastosowanie do tzw. obserwacji ukrytej. Bardzo często stosowane przez agencje detektywistyczne i inne jednostki specjalne.

Kamera z przetwornikiem CMOS wielkości monety (1 grosz)

Rozmiar przetwornika
Definiuje wielkość geometryczną przetwornika, wyrażany jest w calach. Spotykane są kamery o przetworniku 1”, 2/3”, 1/2”, 1/3” i 1/4” 1/6”.

Czułość kamery Określa zdolność generowania obrazu przy słabym oświetleniu. Najczęściej jest podawana w luksach (lx).
Charakteryzowana jest przez wartość oświetlenia przetwornika obrazu niezbędną do wytworzenia określonej amplitudy całkowitego (kolorowego) sygnału wizyjnego, przy określonej wartości stosunku sygnał/szum.
Jest to najbardziej kontrowersyjny i manipulowany parametr określający kamery. Większość producentów nie podaje, w jakich warunkach został on zmierzony.
Ważne jest, żeby pomiar czułości był wykonany przy wyłączonej automatycznej regulacji wzmocnienia (ang. AGC), musi być podana informacja, czy czułość ustalono przy pomiarze oświetlenia na przetworniku, czy przy pomiarze oświetlenia na obiekcie, (wtedy należy jeszcze podać jasność zastosowanego obiektywu oraz współczynnik odbicia światła na obiekcie).

Rozdzielczość kamery
Określa zdolność rozróżniania drobnych szczegółów na ekranie. Dla kamer analogowych jest podawana w liniach telewizyjnych a dla kamer IP w ilości pikseli.

Pod względem rozdzielczości kamery można podzielić na:

• kamery o małej rozdzielczości około 240 - 380 linii telewizyjnych (najczęściej kamery CMOS),
• kamery o standardowej rozdzielczości około 420 - 540 linii telewizyjnych,
• kamery o podwyższonej rozdzielczości ponad 600 linii telewizyjnych.

Stosunek sygnał/szum
Mówi on ile razy moc sygnału użytecznego jest większa od mocy szumów. Charakteryzuje zdolność kamery do generacji obrazu o wymaganej jakości, pośrednio jest związany z czułością, wyrażany jest w dB (AGC wyłączona).

Temperatura pracy
Maksymalny zakres zmian temperatur, w którym kamera może bezawaryjnie pracować, utrzymując założone parametry. Zazwyczaj od 10 ...+45^oC. Dla zachowania warunków poprawnej pracy kamery stosuje się grzałki, wentylatory, szczelne obudowy lub inne techniki chłodzenia kamer.

Do wielkości przetwornika musi być dopasowany obiektyw. W zasadzie im większy przetwornik, tym lepsza jakość obrazu. Wiąże się to z możliwością ulokowania większej liczby punktów reagujących na impuls świetlny (pikseli). Równocześnie, wiele zastosowań wymaga miniaturyzacji kamery. Obecnie już przy przetworniku 1/4” można osiągnąć wystarczającą rozdzielczość. Należy pamiętać, iż rozmiar przetwornika wymusza użycie obiektywu takiego samego lub większego. Na przykład do przetwornika 1/2” można stosować obiektyw 1/2”, a także większy np. 1”.

Zasilanie kamer
Jest realizowane za pośrednictwem zewnętrznego zasilacza 12V, typowy pobór prądu waha się od 100mA do 250 mA. Czasami są spotykane kamery zasilane napięciem 5V lub wyposażone we wbudowany zasilacz sieciowy.
W przypadku wyposażenia kamery w obiektyw z Auto–IRISem należy pobór prądu zwiększyć o ten, pobierany przez obiektyw, który zazwyczaj nie przekracza 40-80mA.
W przypadku długich odcinków przewodów o małych przekrojach, gdy występują duże spadki napięcia, warto stosować zasilacze z regulacją napięcia wyjściowego np. M1828.
Ponadto stosuje się zasilanie kamer AC24V i AV230V.

Poza zapewnieniem odpowiedniej wartości napięcia zasilania, równie ważnym elementem jest dobór wydajności prądowej zasilacza - zazwyczaj stosowane są zasilacze od 250mA do 2,5A. W szczególnych przypadkach w dużych instalacjach stosuje się zasilacze o większej obciążalności. Obecnie coraz częściej urządzenia CCTV podłączane są do awaryjnych źródeł – popularnych UPS-ów.
Zastosowanie UPS-ów zaleca się we wszystkich instalacjach, w których pracują urządzenia - ogólnie mówiąc “komputerowe” (samodzielne rejestratory cyfrowe, rejestratory oparte na kartach montowanych w komputerach PC) . Urządzenia te są bardzo wrażliwe na niewielkie nawet zakłócenia w sieci (tzw. piki napięcia zasilania, chwilowe zaniki napięcia. Zastosowanie UPS-a pozwala na znaczną poprawę stabilności systemu i zwiększa współczynnik pewności i bezpieczeństwa działania całego systemu monitoringu (ochrony).

Przy uruchamianiu instalacji kamer CCTV należy dokonać pomiaru napięć na każdej kamerze pod pełnym obciążeniem - włączonych grzałkach i oświetlaczach podczerwieni IR. Jest to bardzo ważne ponieważ w tak wyposażonych instalacjach kamery zużywają tylko 1/3 prądu a grzałki i podświetlacze resztę.
Objawem zbyt niskiego napięcia może być: wyłączenie kamery, pojawienie się szerokiego poziomego pasa przesuwającego się z góry na dół ekranu, zaburzenia synchronizacji obrazu, utrata kolorów. Niestabilne zasilanie znacznie skraca żywotność kamery.

Warto stosować zasilacze z regulacją napięcia wyjściowego, np. M1828

Szczególną uwagę radzimy zwrócić na dobór zasilacza do kamer bezprzewodowych, zasilacz o zbyt małej mocy często jest przyczyną złej pracy układu.

Połączenie kamery z monitorem
Może być realizowane na odległość rzędu 100- 600 metrów za pomocą przewodu o impedancji 75 Omów. Odległość silnie zależy od jakości kabla - dystans 600 m osiągnęliśmy stosując kabel miedziany TRISET-113 E1015_500.

W zależności od rodzaju kabla, powyżej 100 - 600 m zaleca się stosowanie wzmacniaczy sygnałów M1840. Należy pamiętać, że w kamerach kolorowych – początkowym objawem niskiego napięcia jest malejące nasycenie kolorów.

Zastosowanie skrętki zaleca się w zakresie 10 - 70 metrów. Można transmitować za pomocą tego przewodu na większe odległości

Generalnie przewód koncentryczny jest bardziej odporny na zakłócenia.

Transformator sygnału video TR-1Q M16651

Elementy regulacyjne w kamerach
Możliwości regulacji występują w kamerach wyższej klasy, pozwalają na dopasowanie się do warunków otoczenia, dzięki czemu dobry obraz można uzyskać nawet w trudnych warunkach. Proste, kompaktowe kamery bez możliwości jakichkolwiek regulacji, są przydatne w otoczeniu o małej zmienności oświetlenia i małej głębi ostrości.

Elektroniczna przesłona
EAI lub EI to, najprościej mówiąc, automatyczne dopasowywanie czułości przetwornika do warunków oświetlenia. EAI znajduje zastosowanie w warunkach mało zmiennego oświetlenia (np. pomieszczenia). Korzyścią użycia elektronicznej przysłony jest możliwość stosowania prostych obiektywów o stałej lub ręcznie regulowanej przysłonie.

Automatyczna przesłona
Auto IRIS - AI to funkcja kamery pozwalająca na sterowanie specjalnymi obiektywami, umożliwia dobranie stałej ilości światła padającego na przetworniki, niezależnie od warunków oświetlenia.
Migawka elektroniczna ustawia się na 1/50s, natomiast obiektyw z AI jest przymykany i otwierany stosownie do natężenia oświetlenia. Kamera i obiektyw z AI są w stanie pracować poprawnie w warunkach bardzo dużych zmian oświetleniem, gdzie zwykła kamera jest bezużyteczna.

Kamera z AI jest wyposażona w specjalne wyjście sterujące obiektywem z AI. W zależności od sygnału na tym wyjściu obiektyw zamyka lub otwiera przesłonę utrzymując ilość światła padającego na obiektyw na stałym poziomie. Pozwala to także otrzymać dobra ostrość w całym polu obserwacji.

Sterowanie obiektywem z Auto IRISem może odbywać na dwa sposoby:

• Video - IRIS, sterowanie sygnałem proporcjonalnym do oświetlenia. Kamera posiada wyjście sygnału o wartości proporcjonalnej do oświetlenia. Ten sygnał steruje wzmacniacz silnika obiektywu, który otwiera i zamyka przesłonę.
Obiektyw z Video - AI posiada dwa potencjometry:
• Level, służący do ustalenia poziomu jasności, który ma być utrzymany,
• ALC, pozwalający ustawić szybkość reakcji na zmiany oświetlenia.
• Szybkość reakcji można zmieniać od wartości oznaczanej PK lub P (Peak) do wartości A lub AV (Average), w pierwszym przypadku reakcja następuje na najjaśniejszy punkt ekranu, w drugim dzięki uśrednianiu, na cały obraz. Poziom jasności zmieniamy od wartości oznaczonej H (High) do wartości L (Low).
• DC IRIS, sterujemy obiektyw sygnałami stałoprądowymi. Kamera posiada wyjście sygnału bezpośrednio sterującego silnikiem obiektywu z DC-IRISem, który otwiera i zamyka przesłonę.
W przypadku obiektywu z DC-AI oba potencjometry znajdują się w kamerze. Ponieważ obiektywy typu DC są tańsze warto sprawdzić, czy kamera posiada sterownik umożliwiający ich wykorzystanie.

AES (Atomatic Electronic Shutter)
Automatyczna Elektroniczna Migawka, czas otwarcia jest ustawiany w zależności od ilości światła docierającego do przetwornika, zmiana następuje w zakresie od 1,50s do 1/100000s. Czasami w bardziej zaawansowanych technologicznie kamerach możemy znaleźć możliwość ręcznego ustawienia migawki. Należy pamiętać, że wydłużenie czasu naświetlania przetwornika – zwiększa czułość kamery, ale spada “odświeżanie” obrazu –zaczyna być widoczna poklatkowość (przy długich czasach naświetlania).

Inne wybrane układy automatyki, bądź ustawienia kamery to:

AGC (Automatic Gain Control)
Automatyczna regulacja wzmocnienia, utrzymuje stały poziom sygnału wyjściowego zwiększając tym samym odstęp sygnał–szum, obraz jest bardziej wyraźny lecz traci na naturalności. Wyłączenie powoduje poprawę naturalności, ale zwiększenie zaszumienia.

BACKLIGHT
Automatyczna regulacja intensywności oświetlenia za obserwowanym obiektem.

BLC (Back Light Compensation)
Funkcja pozwalająca poprawić jakość prześwietlonego obrazu, włącza się w momencie kiedy powyżej 50% centralnej części przetwornika jest prześwietlonych.

EKLIPSA
Pozwala zasłonić prześwietlone punkty, podobnie jak poprzednia funkcja także i ta zwiększa wyrazistość obrazu.

FLON
Funkcja pozwalająca na wyeliminowanie “migotania”obrazu.

GAIN
Ustawienie szybkości reakcji przesłony na zmiany oświetlenia.

L.L./INT
Przełącznik (stosowany w kamerach zasilanych napięciem zmiennym) pozwala na synchronizację z siecią zasilającą.

MES (Manual Electronic Shutter)
Ręczna elektroniczna migawka, możliwe ustawienia to: 1/50s, 1/120s, 1/250s, 1/500s, 1/1000s, 1/2000s, 1/5000s, 1/10000s oraz 1/12000s.

Y/C OUT
Alternatywne gniazdo sygnału wizji (mini-DIN) Informacja o obrazie jest przenoszona odrębnymi sygnałami luminancji (Y) i chrominancji (C). Luminancja jest informacją o jasności obrazu, natomiast chrominancja niesie dane o kolorze.

WB (White Balance)
Funkcja pozwalająca na korektę obrazu w związku z różnym rodzajem oświetlenia, w najprostszej postaci sprowadza się ona do przełącznika IN (światło sztuczne) - OUT (światło naturalne). W bardziej zaawansowanych kamerach istnieje również możliwość indywidualnych ustawień tego parametru. Wówczas spotykane jest oznaczenie przełącznika - AWB/PWB . W pozycji automat (AWB) temperatura kolorów 1800-2000st. K. Pozycji PWB pozwala na wyłączenie automatu i własne ustawienia balansu bieli za pomocą zazwyczaj dodatkowego przełącznika lub potencjometru.

Gniazda i elementy regulacyjne w praktyce

Czułość kamer w zakresie podczerwieni
Typowa kamera czarno-biała jest czuła na promieniowanie z zakresu widzialnego przez oko ludzkie (400 - 770 nm) oraz z przylegającego do niego zakresu podczerwieni (770 - 850 nm). W zakresie podczerwieni czułość ta jest jednak mniejsza, dlatego przydatność kamer do obserwacji w podczerwieni jest nieco ograniczona.

Ten problem jest częściowo eliminowany w specjalnych kamerach o maksymalnej czułości przesuniętej ku podczerwieni 850 nm - 1000 nm. Są to kamery termowizyjne, niestety cena ich jest bardzo wysoka.

Kamery kolorowe a obserwacja w nocy
Kamery kolorowe nie mają możliwości obserwacji w podczerwieni, ze względu na wbudowany filtr podczerwieni eliminujący wpływ tego pasma na precyzyjne oddawanie barw.

Istnieją kamery kolorowe, które po zmierzchu przestawiają się na tryb czarno-biały. Przejście w tryb monochromatyczny nie oznacza, że kamera ta będzie dobrze pracować w podczerwieni (mają wbudowany filtr podczerwieni).

Gdy chcemy zastosować kamerę kolorową do obserwacji w nocy, wówczas należy stosować kamery dualne typu Noc/Dzień. Kamery takie nie posiadają filtru podczerwieni wycinającego ten rodzaj światła, jak to ma miejsce w przypadku zwykłych kamer kolorowych, dlatego kamera może pracować również w nocy (przy całkowitych ciemnościach- braku światła widzialnego) gdyż posiada wbudowany reflektor podczerwieni. Taka konstrukcja kamery (całkowite usunięcie filtra podczerwieni) ma jednak pewne wady. Przy normalnym oświetleniu (zakres światła widzialnego) kamera ma czasem problemy z balansem bieli - kamera nie oddaje rzeczywistych kolorów i tak, np. kolor czarny często “widziany” jest jako kolor granatowy itp. Efekt bardziej widoczny jest podczas pracy kamer na zewnątrz, gdzie dominuje naturalne oświetlenie słoneczne (jak wiemy - “zawierające” promieniowanie podczerwone). Takie zachowanie kamery, często traktowane jest przez instalatorów jako uszkodzenie kamery. W pomieszczeniach, gdzie stosuje się światło o innych barwach (żarówki, świetlówki) efekt ten nie jest tak bardzo widoczny.

Gdy nie jest wymagane podświetlenie IRED znacznie lepiej stosować mimo wszystko typowe kamery kolorowe. Mają one, co prawda mniejszą czułość, ale nie ma problemu z kolorami.

Idealnym rozwiązaniem są kamery, w których filtr jest odsuwany automatycznie SN-586C/B kod M11208. Wówczas, problemy z wiernym odwzorowaniem kolorów nie występują. Kamery te są droższe, jednak jakość obrazu jest bardzo dobra zarówno w dzień, jak i w nocy. Należy pamiętać, że stosując takie kamery koniecznie trzeba stosować obiektywy z korekcja ostrości w podczerwieni.
W ofercie niektórych firm spotyka się modele kamer z wbudowanymi dwoma modułami kamer - kamerą monochromatyczną i kamerą kolorową oraz odpowiednim układem załączającym odpowiednią kamerę w zależności od poziomu oświetlenia zewnętrznego.

Kamera przewodowa czy bezprzewodowa
Kamery bezprzewodowe posiadają wbudowany nadajnik pracujący w wolnym paśmie 2,4GHz lub 5,8GHz, a czasem także innym (900MHz, 1200MHz). Generalnie stosowanie kamer bezprzewodowych jest ograniczone do zastosowań nieprofesjonalnych. Podstawową wadą tego rozwiązania jest wrażliwość na czynniki zewnętrzne, np. zakłócenia elektromagnetyczne. Należy pamiętać, iż ze względu na ograniczoną szerokość pasm stosowanych przez kamery bezprzewodowe, w jednym systemie może pracować ograniczona liczba takich kamer lub innych nadajników.
Transmisje bezprzewodowe są szerzej stosowane w kamerach IP.

Szerzej problem zostanie omówiony w rozdziale Transmisja wizji.

czy w obecnych instalacjach występuje ten problem?


Problemy synchronizacji odchylania
Komfort podglądu kamer za pośrednictwem zmieniacza jest znacząco redukowany, szczególnie przy krótkich czasach przełączania, przez występujący “zaskok” synchronizacji w monitorze. Jest to spowodowane tym, iż każda kamera, mimo że generuje sygnały synchronizacji odchylania o tej samej częstotliwości, to jednak są to zawsze sygnały o różnych fazach. W przypadkach, kiedy ten problem ma istotne znaczenie dla pracy układu warto zastanowić się nad zastosowaniem kamer o zewnętrznej synchronizacji za pośrednictwem sieci energetycznej, np. firmy Philips LTC0500 i LTC0600. Dodatkowa regulacji przesunięcia fazowego, pozwala na synchronizację kamer nawet przy zasilaniu z różnych faz. Innym rozwiązaniem jest spięcie kamer dodatkowym przewodem, którym sygnał synchronizujący jest rozsyłany do każdej kamery. Najczęściej sygnałem synchronizującym jest sygnał wizji, odchylania pionowego, odchylania poziomego albo poziomego i poziomego.

Dodatkowa synchronizacja kamer jest potrzebna przy krótkich czasach przełączania kamer

Problem uziemienia w kamerach
Błędy w prowadzeniu masy mogą prowadzić do pogorszenia jakości, np. pojawienia się pasów pochodzących od przydźwięku sieci. Nie należy łączyć ze sobą mas sygnałowych przy kamerach. Bardzo ważne jest także rozdzielenie masy zasilania od masy sygnałowej, czyli unikanie wykorzystywania w tym celu jednego przewodu.

Do eliminacji różnego rodzaju problemów związanych z zasilaniem wykorzystuje się SV-1000 M1711. Przeznaczony jest on, co prawda do dodatkowego zabezpieczenia w instalacjach telewizji przemysłowej - kamer i innych urządzeń chroniąc je przed wyładowaniami atmosferycznymi, ale również chroni i eliminuje problemy z różnicą potencjałów pomiędzy urządzeniami oraz chroni przed prądami płynącymi masą sygnałową.

Przykład zastosowania separatora SV-1000 M1711

Zakłócenia obrazu powodowane przydźwiękiem z sieci zasilającej lub złymi parametrami zasilacza

Osobnym tematem jest uziemianie metalowych obudów zewnętrznych, które jest obowiązkowe, jeśli kamera jest zasilana napięciem przemiennym 230V. Ze względu na różnice faz, jest niedopuszczalne łączenie masy sygnałowej z obudową kamery, dlatego zalecane jest stosowanie obudów pozwalających na galwaniczną izolację mas sygnałowych od masy obudowy.

Typy mocowań obiektywów w kamerach
Najczęściej spotykane są dwa: C oraz CS. Podstawową różnicą jest inna odległość obiektywu od powierzchni przetwornika. Zazwyczaj kamery i obiektywy posiadają mocowanie typu CS, które jest bardziej uniwersalne, gdyż po dodanie pierścienia pośredniczącego umożliwiają montaż do urządzenia z mocowaniem typu C. Odwrotne przejście jest niemożliwe.

Normy szczelności
Normy IPxy definiują odporność obudowy kamery na wpływ warunków zewnętrznych. x - jest liczba określająca odporność mechaniczną, a y - to liczba określająca odporność na zawilgocenie. Obudowy wystarczająco odporne na wilgoć i zapylenie mają oznaczenie IP65 lub IP66. Obudowy całkowicie wodoodporne noszą oznaczenie IP67 lub IP68. Większość obudów kamer kompaktowych jest nieodporna na wodę.

Dobór kamery
Według normy EN 50132-7 Kryteria wyboru powinny brać pod uwagę następujące czynniki:

• zestaw kamerowy powinien spełniać wymagania użytkowe dla wszystkich podanych warunków środowiskowych,
• powinien uwzględniać przepisy bezpieczeństwa użytkowania związane z obiektem.

Punkty do rozważenia przy doborze kamer to:

• balans bieli kamer telewizji kolorowej,
• przysłona elektroniczna - w związku ze zjawiskiem degradacji obrazu przy nadmiernym poziomie oświetlenia,
• długie czasy naświetlania - w związku z "rozmazaniem" konturów obiektów poruszających się,
• czułość widmowa - w związku z typem oświetlenia,
• synchronizacja zewnętrzna,
• zasilanie rezerwowe.

Oferta kamer analogowych

Oferta kamer IP

Oferta kamer megapikselowych