Особенности применения поворотных видеокамер

Поворотные системы существуют довольно давно (если термин “давно” вообще применим к охранному телевидению). Тем не менее, до недавнего времени наличие на объекте видеокамеры, установленной на поворотном устройстве (не говоря уже о скоростной поворотной видеокамере, которую называют “купольной”, а то и просто “куполом”) было признаком “крутизны” охраняемого объекта. Однако в последнее время ситуация резко меняется – поворотные видеокамеры используются все чаще, хотя по-прежнему являются недешевым атрибутом систем охранного телевидения. Когда оправдано применение подобных видеокамер? В данной статье предпринята попытка ответить на этот вопрос.

Поворотные против статических

Системы охранного телевидения предоставляют оператору уникальную возможность – наблюдать и записывать изображения различных областей охраняемого пространства. В общем случае сканирование этого пространства может осуществляться либо путем коммутации статически установленных видеокамер, либо изменением положения в пространстве поворотных видеокамер.

В данной статье под поворотной видеокамерой будем понимать видеокамеру, способную поворачиваться в горизонтальной и вертикальной плоскостях - в отличие от статически установленной видеокамеры, которую здесь будем называть статической. За рамки данной статьи выходят видеокамеры, способные перемещаться в горизонтальной плоскости по специальной направляющей. Кроме того, не будем рассматривать и статические потолочные видеокамеры со сверхширокоугольным объективом, способные практически безинерционно сканировать пространство (изображение выбранной части увеличивается и линеаризируется с помощью специального ПО).

Поворотная видеокамера может быть реализована двояко:

• как статическая видеокамера, установленная на поворотном устройстве (обычно, дистанционно управляется и объектив);
• как скоростная поворотная видеокамера, выполняемая в прозрачном кожухе куполообразной формы или в виде шара - конструктивно законченный узел, состоящий из легкой бескорпусной видеокамеры, объектива с трансфокатором, поворотного устройства, блока питания, приемника сигналов телеуправления и кожуха.

Достоинство статической видеокамеры заключается в том, что она позволяет непрерывно контролировать один и тот же, определенный телесный угол охраняемого пространства. Недостаток такой видеокамеры в том, что ее параметры нельзя адаптировать к реальной ситуации на охраняемом объекте. Другими словами, информативность такой видеокамеры будет во многом определяться тем, насколько удачно выбрано ее положение, насколько точно подобран для нее объектив.

Достоинство поворотной видеокамеры в том, что она позволяет контролировать телесный угол пространства, который может дистанционно изменяться оператором, как по значению, так и по направлению, поочередно охватывая наблюдением различные части сканируемого охраняемого пространства.

Судя по стоимости, предполагается, что по своей информативности одна поворотная видеокамера превосходит несколько расположенных на территории статических видеокамер. Однако это справедливо лишь в случае ее установки в середине свободного пространства, при отсутствии в ее поле зрения конструкций, образующих мертвые зоны: только в этом случае возможный сектор просмотра контролируемой территории составляет по горизонтали 360? (рис.1); при размещении такой видеокамеры на углу здания этот сектор уменьшается до 270? (рис.2), при установке на стене не превышает180? (рис. 3).

Рис.1. Поворотная видеокамера с полным углом обзора

Рис.2. Крепление поворотной видеокамеры на углу здания

Рис.3. Крепление поворотной видеокамеры на стене.

При использовании поворотной видеокамеры вместо нескольких статических уменьшается количество кабелей (а значит, снижается стоимость расходных материалов и объем монтажных работ).

Статические видеокамеры дают пространственное представление об объекте, поскольку смотрят на охраняемую территорию с разных точек, а у поворотной видеокамеры “циклопическое” зрение. С другой стороны, с точки зрения естественности представления для оператора и быстроты “опознания” им отображаемой на экране картинки поворотная видеокамера имеет преимущество перед статическими видеокамерами.

Есть ли недостатки у поворотной видеокамеры? Конечно, есть. Например, во время ее поворота видеосигнал не может использоваться для работы внешнего детектора движения. Но главное, что нужно постоянно держать в уме – информативность такой видеокамеры будет во многом определяться тем, насколько удачно в данный момент оператор выбрал ее направление и задал угол обзора.

Охранное телевидение – это, прежде всего, человек

При использовании статических видеокамер работа оператора сводится к пассивному созерцанию отображаемой на экране монитора обстановки, и его манипуляции ограничиваются выбором формата представления изображения (полноэкранное, мультиэкранное) – рис. 4.

Рис.4. Работа оператора со статическими видеокамерами

При использовании поворотных видеокамер на оператора ложится дополнительная нагрузка по анализу отображаемой ситуации и поиску наиболее информативного в данный момент изображения - путем управления поворотной видеокамерой. Поворотная видеокамера требует большего нервно-психологического напряжения оператора, а значит, большее влияние на работу системы охранного телевидения оказывает пресловутый человеческий фактор – рис. 5.

Рис. 5. Работа оператора с поворотными видеокамерами

Неудачный характер управления поворотной видеокамерой может привести к пропуску “цели”, каковым является нарушитель; это вызывается различными причинами:

• техническими – малая скорость поворота видеокамеры, ограничения по скорости передачи управляющих сигналов, неудовлетворительная эргономика органов управления, неудачно выбранное место установки видеокамеры и пр.,
• психологические - плохая реакции оператора, усталость, нервное возбуждение и пр. (делегирование оператору функций ручной настройки изображения в режиме тревоги создает для него дополнительную нагрузку).

При низкой скорости поворота видеокамеры она будет не успевать за перемещениями нарушителя, при высокой скорости возможна ситуация, когда скорости реакции оператора будет недостаточно для оптимального управления джойстиком или кнопками, оператор начинает “рыскать”.

Таким образом, при использовании поворотных видеокамер возможна потеря ценной информации о ситуации на контролируемом объекте, которая определяется следующими факторами:

• ошибочная траектория движения видеокамеры (случайная или преднамеренная) – видеокамера направляется “не в ту сторону”, в результате чего не отображаются наиболее важные в данный момент события;
• динамические ошибки регулировки объектива и положения видеокамеры, вызванные высокой скоростью развития событий – система поворотная видеокамера-оператор не успевает корректно отрабатывать эти возмущения;
• одновременное проявление перечисленных выше моментов.

Догнать и перегнать

При использовании видеокамер на поворотных устройствах важным фактором оптимального наблюдения за перемещающимся объектом является их максимальная угловая скорость.

Стандартные поворотные устройства в силу их массы, а, следовательно, инерционности обеспечивают скорость поворота в горизонтальной плоскости порядка 6° в секунду (по вертикали 3° в секунду), что в ряде случаев может оказаться недостаточным. Столь низкая скорость продиктована с одной стороны необходимой точностью работы механических устройств, отсутствием в них заметного люфта, а с другой стороны, инерционностью механической системы, обладающей значительной массой.

Для оценки возможностей такой поворотной системы рассмотрим ситуацию, когда оператор замечает человека в секторе наблюдения видеокамеры, установленной на поворотном устройстве в точке B (рис. 6), и для уточнения информации пытается “вести цель”.

Рис. 6. Слежение за бегущим человеком с помощью видеокамеры на поворотном устройстве

Для простоты положим, что требуется обеспечить контроль по экрану видеомонитора возможного перемещения человека от точки A до точки C, причем, угол ABC равен 90?. В этом случае для перехода поворотного устройства из одного крайнего положения в другое требуется время:

За это время бегущий по дороге человек может пробежать расстояние, равное:

Чтобы не потерять на экране видеомонитора бегущего по дороге человека (без учета неравномерности его движения), расстояние от поворотного устройства до дороги должно быть не менее:

Для случая контроля автомобиля, движущегося по дороге со скоростью 120 км/час (33 м/с) это расстояние должно быть не менее 250 м.

Полученные расстояния до дороги находятся на грани предельных с точки зрения различимости предметов и требуют применения длиннофокусных объективов, поэтому “медленные” поворотные устройства не могут быть рекомендованы для контроля быстро изменяющейся ситуации на объекте. Кроме того, не следует забывать, что в нештатной ситуации охранник тратит время на “рысканье” поворотным устройством, силясь удержать злоумышленника в поле зрения видеокамеры и пытаясь при этом еще подстраивать объектив (злоумышленник не обязательно будет двигаться равномерно и прямолинейно).

Резюмируя сказанное можно сказать, что подобные поворотные устройства эффективны на объектах со сравнительно медленным изменением обстановки – на складах, таможенных терминалах, портовых территориях, автостоянках и автозаправочных станциях, то есть там, где фактор времени не диктует оператору необходимость быстрого изменения настроек наблюдения, когда можно сравнительно медленно выбрать объект наблюдения, например, автомашину, повернуть видеокамеру в требуемом направлении, увеличить изображение, чтобы рассмотреть ее номер и т.п.

Скорость решает все?

Скоростные поворотные видеокамеры недаром так называются – они допускают скорость поворота до 400° в секунду. Это значит, что для ранее рассмотренного примера время поворота на 90° составит всего

а минимальное расстояние до дороги оказывается равным 1,1 м при наблюдении за бегущим человеком и 3,7 м при наблюдении за движущимся автомобилем. Таким образом, скоростная поворотная видеокамера снимает указанные выше ограничения по скорости. Однако остаются (и становятся определяющими) ограничения, диктуемые возможностями человека-оператора.

Следящая система, в которую входит скоростная поворотная видеокамера, монитор, оператор, пульт управления, может перейти в неустойчивый режим, поскольку для нее характерно наличие звена с высокой крутизной передаточной функции (скоростная поворотная видеокамера) и звена с запаздыванием (оператор). Это проявляется в том, что даже слабому нажатию на клавишу или джойстик пульта управления соответствует значительное изменение положения видеокамеры в пространстве, а реакции оператора зачастую бывает недостаточно для быстрой и точной настройки на движущуюся цель.

Решениями этой проблемы являются:

• использование джойстиков пультов управления с опцией пропорционального увеличении скорости;
• организация дискретного (без вмешательства оператора) движения поворотной видеокамеры по определенным, заранее настроенным предустановкам (tour, patrol);
• использование входов тревоги.

Охраны периметра. Поворотные видеокамеры

Поворотные видеокамеры нередко используются на серьезных объектах, будучи интегрироваными с системами охраны периметра; в этом случае они служат для верификации тревог. Если охранная система позволяет локализовать нарушение периметра в достаточно узкой области периметра, то в этом случае входы тревоги поворотной видеокамеры могут быть использованы для управления поворотом видеокамеры в предварительно заданном направлении, например, для отображения определенного участка зоны отчуждения, забора и пр..

Подобное решение позволяет упростить работу оператора, поскольку его внимание будет привлекаться к экрану монитора только в режиме тревоги. Важным здесь является принцип размещения поворотных видеокамер на контролируемой территории.

Условием эффективного функционирования такой системы является наличие четкого алгоритма функционирования и отображения каждой видеокамеры при нарушении сопряженной с ней зоны периметра, причем, без снижения в этот момент общего уровня безопасности объекта.

Использование иногда для этой цели поворотных видеокамер, размещенных по периметру (рис. 7), едва ли можно признать оптимальным. В исходном состоянии видеокамеры направлены вдоль забора, каждая из них “обслуживает” две соседние зоны – в момент тревоги камера поворачивается в сторону зоны с тревогой, при этом “оголяется” для видеонаблюдения соседняя зона, что недопустимо.

Рис.7. Крепление поворотных видеокамер по периметру охраняемой территории

Более того, осознание нарушителями этого факта позволит им легко реализовать акт саботажа (например, бросив на соседнюю зону камень, доску и пр., заставив, таким образом, сработать охранный извещатель или чувствительный кабель и отвернуть видеокамеру от реального места проникновения). Кроме того, желание получить максимально полную информацию о зоне с тревогой заставляет оператора настраивать видеокамеру по тревоге на достаточно узкий угол обзора – что создает потенциальную опасность незафиксированного проникновения, поскольку при этом возрастает длина так называемой условно мертвой зоны. Нельзя забывать и о психо-эмоциональной нагрузке оператора (при попытке управлять несколькими поворотными камерами вручную добавляется еще одна операция – выбор нужной в данный момент поворотной видеокамеры, и это происходит в обстановке стресса).

Нетрудно заметить, что установка вдоль периметра пар из встречно направленных статических видеокамер (рис. 8) оказывается более эффективной с точки зрения непрерывного получения визуальной информации, надежности, уменьшения стоимости и снижения влияния человеческого фактора. Немаловажно и то, что такое решение (в отличие от предыдущего) гарантирует объективное предоставление визуальной информации даже при одновременном нарушении нескольких зон периметра. Кроме того, в этом случае видеокамеры постоянно оказываются в зоне наблюдения друг друга, что снижает риск вандализма или их хищения, а сами видеокамеры будут дешевле, проще в обслуживании, надежнее.

Рис.8. Крепление статических видеокамер по периметру охраняемой территории

Что касается поворотных видеокамер, то, как уже говорилось, их целесообразнее устанавливать внутри территории (рис. 9).

Рис.9. Организация охранного телевидения, интегрированного с охраной периметра

В этом случае они позволяют контролировать не только узкую зону вдоль забора, но и весь сектор наблюдения, включающий в себя как часть территории объекта, так и примыкающей к забору части внешней территории, а это дает возможность распознавать угрозы на ранней стадии реализации. При этом нужно иметь ввиду следующие важные моменты.

1. Количество входов тревоги скоростной поворотной видеокамеры, как правило, невелико, например, 4. Это значит, что каждая поворотная видеокамера может иметь только 4 положения, инициализируемые в режиме тревоги, и автоматически может “направлять взор” лишь на 4 локализуемых зоны периметра при обнаруженном проникновении через них нарушителей.

2. Для того, чтобы локализуемая зона периметра целиком отображалась на экране монитора, необходимо, чтобы в режиме тревоги фокусное расстояние объектива поворотной видеокамеры автоматически устанавливалось на отображение всей локализуемой зоны (поскольку при более узком угле обзора часть зоны не будет отображаться). Использование для крепления поворотной видеокамеры существующих на охраняемом объекте инженерных сооружений зачастую не оказывается оптимальным и диктует регулировку объектива на самый широкий угол обзора; следует иметь ввиду, что он может быть невелик, например, у некоторых скоростных видеокамер этот угол равен 52°, и это надо учитывать. Отметим также, что даже грубая ориентация такой поворотной видеокамеры в режиме тревоги по одной из сторон горизонта оказывается недейственной, поскольку 52° х 4 = 208° < 360°.

3. Выбор по тревоге для данного направления конкретной поворотной видеокамеры достаточно широкого угла обзора должен обеспечиваться с определенным запасом, гарантирующим отображение продвижения нарушителя вглубь территории объекта до момента встречи его оперативной группой службы безопасности объекта.

В качестве иллюстрации к сказанному в табл. 1 представлен вариант оформления алгоритма работы по тревоге системы охранного телевидения (рис. 9) при нарушении локализуемых зон охраны периметра.

Таблица 1. Алгоритм работы СОТ по тревоге

Ю.М.Гедзберг, Генеральный директор ООО “Мост Безопасности”