Одним из современных подходов к проектированию сложных инженерных систем является применение специализированных калькуляторов и программного обеспечения для автоматизированного проектирования. Исторически, в области видеонаблюдения, первыми появились картонные калькуляторы (рис. 1) для расчета фокусного расстояния.
Рис. 1. Картонные калькуляторы объективовКак картонные калькуляторы, так и первые калькуляторы объективов, разработанные для компьютеров, данные инструменты проектировщика рассчитывают фокусное расстояние объектива по следующей формуле:
Фокусное_расстояние = Ширина_матрицы * Расстояние_до_объекта / Ширина_зоны_обзора,
где Ширина_матрицы и Фокусное_расстояние задаются в миллиметрах, а Расстояние до объекта и ширина зоны обзоры в метрах или футах.
В качестве дополнительного удобства подобные калькуляторы вместо ширины матрицы в миллиметрах позволяют задавать общепринятый размер матрицы в дюймах, который проектировщик может найти в спецификациях камер видеонаблюдения.
Дополнительно такие калькуляторы позволяют рассчитать углы обзора камеры: горизонтальный и вертикальный.
Усовершенствованные инструменты
Легкость использования простых калькуляторов является их единственным достоинством. Но при этом у них есть три главных недостатка.
Во-первых, подобные калькуляторы не учитывают, что, как правило, установленная камера находится выше уровня земли и смотрит под наклоном к горизонту. А значит, непосредственно под камерой находится мертвая зона, которую камера не захватывает (рис. 2).
Рис. 2. Мертвая зона камеры видеонаблюдения. Человек, расположенный в мертвой зоне, не будет замечен камерой видеонаблюденияСитуацию усугубляет традиция изображения зоны обзора на плане местности в виде конуса. По такому изображению нельзя правильно оценить реальное покрытие, которое обеспечивает камера, что приводит к ситуациям, когда после установки заказчик выясняет, что камера не захватывает определенные части объекта, что снижает защищенность объекта или приводит к необходимости перестановки камер, замены объективов уже после запуска системы видеонаблюдения в работу.
Этот недостаток помогают устранить калькуляторы, отображающие дополнительный вид сбоку (рис. 3). Благодаря тому что такие калькуляторы учитывают высоту установки камеры, можно избежать неожиданностей, связанных со слепыми зонами. При этом дополнительно увеличивается точность расчета ширины зоны обзора.
Рис. 3. Пример калькулятора, учитывающего высоту установки камерыДругой проблемой, возникшей у проектировщиков систем видеонаблюдения, является появление большого количества камер, сильно отличавшихся друг от друга по обеспечиваемой разрешающей способности. Эта проблема усугубилась с распространением сетевых и в особенности мегапикселных камер. Теперь при подборе камеры, объектива и места установки проектировщику приходится обязательно учитывать разрешение камеры видеонаблюдения.
Для решения данной проблемы появились калькуляторы, которые позволяют рассчитывать количество пикселей на заданном расстоянии от камеры по вертикали или горизонтали (рис. 4). Подобный расчет позволяет узнать, сколькими различимыми точками будет передано изображение интересующего объекта: человека, автомобиля, автомобильного номера — на определенном расстоянии от камеры.
Рис. 4. Калькуляторы с функцией расчета плотности пикселейИспользуя такие калькуляторы, проектировщик может рассчитать необходимое разрешение камеры и фокусное расстояние объектива, которое позволит на заданном расстоянии от камеры осуществить гарантированное определение присутствия человека в кадре, распознавание оператором известного ему человека или получить изображение, достаточное для идентификации нарушителя.
Чаще всего плотность пикселей измеряют в следующих показателях: количество пикселей на метр, количество пикселей на фут или ширина лица человека в пикселях.
Третьим недостатком калькуляторов первого поколения является отсутствие привязки зон обзора камеры к карте местности или плану помещения.
Поэтому появились инструменты, позволяющие загружать план местности в качестве подложки (рис. 5).
Рис. 5. Инструменты для расстановки камер на 2D плане местностиИспользуя подобные инструменты, можно выбрать приблизительную расстановку камер видеонаблюдения, учитывая особенности охраняемого объекта.
Комплексные средства для проектирования систем видеонаблюдения
Естественным шагом развития инструментов проектировщика явилась интеграция всех трех преимуществ усовершенствованных калькуляторов объективов в единый программный продукт.
Если взять функцию расчета зоны обзора с учетом высоты установки камеры, функцию расчета плотности пикселей и функцию размещения камер на карте местности или плане помещения, то получится инструмент, позволяющий как рассчитать параметры камер и объективов (рис. 6), так и расположить камеры на плане местности оптимальным образом.
Рис. 6. Расположение камер и тестовых объектов на плане помещенийЕсли при этом к плоскому плану помещений добавить третье измерение, то мы получим уже трехмерную модель охраняемого объекта, которая позволяет проектировщику увидеть все нюансы перекрытия зон обзора и препятствий и получить макеты изображений с камеры видеонаблюдения (рис. 7). При этом для создания реалистичной модели мы можем как добавить стены, окна, двери и другие элементы охраняемого объекта, так и разместить трехмерные модели людей, автомобилей и других тестовых объектов.
Рис. 7. Макет изображения с камерыОтображение областей с различной плотностью пикселей на плане помещений с помощью разных цветов (например, зеленый — зона гарантированной детекции человека, желтый — зона распознавания, розовый — зона идентификации) дает возможность избежать ошибок при выборе камер и объективов и позволяет легко увидеть, сможет ли камера обеспечить решение возложенных на нее задач. Также это дает возможность обосновать заказчику необходимость применения камер более высокого разрешения или объяснить, почему для реализации требований заказчика необходимо установить большее количество камер, чем заказчик изначально планировал.
Зачастую подобные программы для проектирования систем видеонаблюдения позволяют дополнительно промоделировать влияние разрешающей способности камеры на получаемое изображение и оценить ухудшение изображения при использовании популярных методов видеокомпрессии изображения. Так, например, указав в программе, что используется видеокамера с разрешением б40х480 и применяется метод видеокомпрессии MotionJPEG уровня 20, можно увидеть, какие детали будут потеряны в результирующем изображении.
Отображение зон детекции/распознавания/идентификации и возможность моделирования изображения с камеры позволяет решить еще одну серьезную проблему: проблему коммуникации с заказчиком. С помощью подобных инструментов можно еще на этапе проектирования показать заказчику и согласовать с ним ожидаемый результат, что позволит избежать сюрпризов на этапе сдачи проекта. Так как зачастую нечеткие требования заказчика и отсутствие наглядных средств для демонстрации технических возможностей видеокамер и объективов применительно к конкретному охраняемому объекту могут привести к тому, что заказчик получит не то, что ожидал. Использование макетов, полученных в результате трехмерного моделирования, позволяет полностью избежать этой проблемы.
Типовой порядок действий с комплексными программными продуктами для проектирования систем видеонаблюдения следующий:
1. Загрузка плана помещений или карты местности в качестве подложки. При отсутствии готового плана помещений его можно создать прямо в программе.
2. Добавление стен, дверей, окон и объектов-препятствий, которые могут существенно перекрывать зоны обзора камер.
3. Первоначальное добавление камер и визуальное планирование зон обзора.
4. Добавление тестовых объектов: людей, автомобилей.
5. Оптимизация расположения камер по количеству. Минимизация слепых зон.
6. Расчет необходимого разрешения камер, фокусного расстояния объективов.
7. Копирование макетов изображений в пояснительную записку или в коммерческое предложение для согласования с заказчиком.
8. Перенос списка оборудования в раздел «Спецификация оборудования» проектной документации.
9. Оценка объема видеоархива и необходимой пропускной способности сети. Реалистичность моделируемых изображений камер видеонаблюдения и качественные трехмерные модели тестовых объектов позволяют также создать более привлекательные технические предложения и произвести большее впечатление на потенциальных клиентов и таким образом получить дополнительное конкурентное преимущество.
Единственным потенциальным недостатком подобных систем может быть повышенная сложность освоения, поэтому идеальное программное обеспечение должно обеспечивать наглядность и очевидность всех элементов управления.
Вспомогательные калькуляторы
Помимо расчета объективов и разрешения камеры во время создания проекта видеонаблюдения зачастую требуется решить и другие задачи. Рассчитать токопотребление камер или длину кабелей можно c помощью электронных таблиц, а решить такую задачу, как оценка места на диске, нагрузка на локальную сеть или рассчитать потери в волоконно-оптическом сегменте позволяют соответствующие вспомогательные калькуляторы.
Для расчета потерь в волоконно-оптических линиях используются калькуляторы оптического бюджета, позволяющие учесть затухание сигнала как в волоконно-оптических кабелях, так и в местах соединения (рис. 8).
Рис. 8. Пример калькулятора для расчета волоконно-оптических линий связиКалькуляторы для оценки места на диске, как правило, предоставляют большинство производителей камер. Подобные калькуляторы для сетевых камер позволяют также оценить нагрузку на локальную сеть (рис. 9). Можно встретить калькуляторы для диска прямо в составе комплексных программ для проектирования систем видеонаблюдения.
Рис. 9. Пример калькуляторов для оценки объема видеоархива и полосы пропускания локальной сетиВ завершение статьи хочется отметить, что калькуляторы и другие инструменты для проектирования систем видеонаблюдения постоянно развиваются, предлагая все более новые функции для того, чтобы избавить процесс проектирования от ошибок, сократить рутинные операции и добиться большего взаимопонимания между проектировщиком и заказчиком.
Добавить комментарий