Как работать с программой

«Проектировщик CCTV»?

V3.3.1

1  Назначение программы

2  Установка программы

3  Пользовательский интерфейс программы

   3.1.   Исходные данные

   3.2.   Расчетные значения

   3.3.   Глубина резкости

   3.4.   Кружок рассеяния

   3.5.   Сектора наблюдения

   3.6.   Выбор камеры

4  Меню программы

   4.1.   Файл

   4.2.   Разное

      4.2.1.      Параметры

      4.2.2.      Подсветка

      4.2.3.      Чтение номеров а/м, находящихся в движении

5  Примеры работы с программой

   5.1.   Задача по обнаружению объекта.

   5.2.   Задача по защите периметра территории.

   5.3.   Задача по защите периметра здания

   5.4.   Задача по расчету подсветки для работы камеры в ночное время.

   5.5.   Чтение номера, стоящей автомашины.

   5.6.   Проектирование секторов наблюдения

6. Тест оператора

   6.1. Общие сведения

   6.2. Порядок работы

7. Как пользоваться раскрывающимся списком - «контраст объект/фон на мониторе»

1. Назначение программы

Программа «Проектировщик CCTV» предназначена для проектировщиков, работающих в AutoCad, ArchiCad, Visio или любом другом графическом редакторе, и необходима для:

1. Проектирования видеосистем по любым заданным на них требованиям, в том числе в вероятностном представлении - вероятность обнаружения и вероятность различимости.

2. Определения параметров обнаружения и характеристики зон обзора видеокамер в вертикальной и горизонтальной плоскостях, при нахождении объекта наблюдения в любой точке пространства с любым контрастом относительно фона.

Программа написана по принципу: «включи и работай!». Никакого специального обучения для пользования программой не требуется.

"Проектировщик CCTV" не требует времени на изучение пользования им и является хорошим подспорьем в разработки проектов на аналоговых и IP камерах, обеспечивая выполнение любых требований заложенных в технических заданиях на проектирование видеосистем.

«Проектировщик CCTV» позволяет:

• Работать с проектом, имеющим большее количество видеокамер.

• Сохранять проект в виде файла или открывать сохраненный проект и продолжать работу с ним.

• Присваивать видеокамерам индивидуальные имена и порядковые номера.

• Работать с любым объектом, введя его размеры в программу.

• Выводить на экран вид зон обзора видеокамеры, как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях.

• Выводить размеры зон обзора с учетом максимально возможной дальности видимости (расстояние обнаружения).

• Выводить размеры зон видимости на любом удалении объекта наблюдения от видеокамеры.

• Определять размеры объекта наблюдения на мониторе с любой диагональю экрана, в зависимости от удаления объекта от видеокамеры.

• Определять углы зрения видеокамер (по горизонтали и вертикали) в зависимости от параметров выбранного объектива.

• Определить время, необходимое оператору для обнаружения появившегося на мониторе объекта.

• Задавать любую вероятность обнаружения объекта и определять параметры, позволяющие ее реализовать.

• Определять расстояние, на котором объект может быть опознан, а распечатанная фотография позволит однозначно идентифицировать личность нарушителя (расстояние идентификации).

• Определять, расстояние (расстояние различимости) от видеокамеры до объекта, при котором по изображению на мониторе оператор может

  получить следующую информацию:

          элементы одежды объекта;

          телосложение объекта;

          походка;

          наличие предметов в руках;

          узнавание знакомого человека.

• Определять расстояние, от видеокамеры до объекта, при котором по изображению на мониторе с любым контрастом оператор способен обнаружить появившейся объект среди других элементов изображения (расстояние обнаружения).

• Определять мощность прожектора, используемого в качестве подсветки для камеры, работающей в темное время суток. В результате, получая отношение сигнал/шум на выходе камеры и освещенность на заданном удалении от прожектора.

• Определять параметры видеосистемы, необходимые для чтения номеров, как стоящих автомашин, так и находящихся в движении.

• Изменять критерии по определению расстояний различимости, идентификации и обнаружения.

• Определять глубину резкости при различном уровне освещенности и выбранных параметрах объектива, камеры и удалении объекта.

• Определять оптимальное, с точки зрения глубины резкости расстояние фокусировки, обеспечивающее максимальную глубину резкости в заданных условиях.

• Определять «расстояние бесконечности» для выбранного объектива, позволяющее корректно проводить настройку обратного фокуса.

• Проектировать рабочее место оператора поста видеонаблюдения.

• Подбирать разрешающую способность видеокамеры по разрешающей способности имеющихся в наличии объективов.

• Визуально определять расстояния обнаружения для различных контрастов объекта относительно фона (раздел – «Тест оператора»).

2. Установка программы

      Программа устанавливается только на один компьютер.

В процессе установки, программе нужен доступ в Интернет для ее регистрации.

Сам процесс установки не вызывает ни каких трудностей даже у совсем не опытных пользователей компьютером.

3. Пользовательский интерфейс

      После запуска программы через кнопку «Пуск» --> «Все программы» --> «CCTV» --> cctv_rus.exe на экране вы увидите:

Это рабочая форма, на которой Вы будете создавать проектные решения для защиты объекта средствами видеонаблюдения.

Из каких частей она состоит:

3.1. Исходные данные

Значения исходных данных (параметров) можно выбирать из раскрывающегося списка, предварительно кликнув курсором на окошко, как показано на (рис. 3.1). Если Вы хотите использовать параметр, которого нет в списке, то его значение можно ввести прямо в нужное окно. После чего нажать на клавишу Enter.

Исходные данные условно подразделяются на постоянные и переменные. Постоянные условные данные это те, которые Вам заданы в ТЗ и которые не придется менять в процессе работы над проектом. Такими исходными данными могут быть: объект наблюдения, диагональ монитора, разрешающая способность камеры и формат матрицы видеокамеры. Если Вам Заказчиком задана высота установки камеры, то и ее значение можно отнести к постоянным исходным данным. 

В качестве переменных исходных данных будут те параметры, за счет изменения которых Вы получите нужный результат. В основном к таким параметрам относятся фокусное расстояние объектива, контраст, угол наклона камеры и расстояние до объекта наблюдения.

Особое внимание нужно обратить на контраст объекта наблюдения относительно фона. Существует градации по контрасту, которые можно использовать в расчетах:

1. Контраст считается большим - при его значении более 0,5 (объект и фон резко отличаются по яркости),

2. Контраст считается средним - при контрасте от 0,2 до 0,5, (объект и фон заметно отличаются по яркости),

3. Контраст считается малым - при контрасте менее 0,2 (объект и фон мало отличаются по яркости).

3.2. Расчетные значения.

К параметрам, которые вычисляет программа, относятся (рис. 3.2):

·        углы зрения камеры в вертикальной и горизонтальной плоскостях;

·        требуемая разрешающая способность объектива;

·        расстояние идентификации объекта;

·        расстояние различимости объекта;

·        расстояние обнаружения объекта;

·        время обнаружения объекта;

·        размер объекта (на мониторе).

Углы зрения камеры по горизонтали и вертикали хорошо известный всем параметр и комментировать его не будем, а вот на следующих параметрах нужно остановиться подробно.

Требуемая разрешающая способность объектива характеризует основной параметр объектива и необходима для того, что бы видеокамера могла реализовать свою разрешающую способность. Если объектив имеет не высокую разрешающую способность, то с каким бы высоким разрешением мы не взяли камеру, результирующее разрешение изображения будет определяться разрешением объектива.

Расстояние различимости, идентификации и обнаружения для объекта наблюдения «человек» можно сформулировать следующим образом:

Расстояние идентификации это такое расстояние от видеокамеры до объекта, при котором по изображению на мониторе оператор способен описать черты лица незнакомого человека, а распечатанная фотография позволит сотрудникам ОРД организовать его поиск.

Расстояние различимости – это такое расстояние от видеокамеры до объекта, при котором по изображению на мониторе оператор может получить следующую информацию:

          элементы одежды объекта;

          комплекция объекта;

          походка;

          наличие предметов в руках.

          узнавание знакомого человека.

Расстояние обнаружения – в программе выводятся сразу два расстояния обнаружения:

1.      Это максимальное расстояние до объекта, изображение которого аппаратура способна отобразить на мониторе, а специально подготовленный оператор, при тестировании оборудования способен этот объект обнаружить. Это расстояние обнаружения выводится на рисунке секторов наблюдения – «вид сбоку» рядом с серым сектором, в котором обнаружить объект маловероятно (рис. 3.7 «127м»). Это расстояние обнаружения характеризует предельные возможности оборудования и оператора по разрешающей способности.

2.      Это расстояние обнаружения  соответствует способностям оборудования и оператора выделять объект из фона. Расстояние обнаружения с учетом контраста объект/фон выводится в окошке «Расстояние обнаружения (м)».

Другими словами если объект целенаправленно маскируется под окружающую среду, то, задав его возможный контраст с фоном, мы получаем расстояние, с которого оборудование и оператор его могут обнаружить.

    При проектировании видеосистем расстояние обнаружения с учетом контраста будет определяться с учетом задаваемой пользователем  вероятности обнаружения и будет соответствовать расстоянию до объекта, когда время его обнаружения равно 0,2 секунды.

Время обнаружения объекта это действительно время, за которое оператор способен обнаружить появившийся на экране объект. Время обнаружения зависит от контраста объекта относительно фона (задается в исходных данных). Чем меньше контраст, тем трудней обнаружить объект. В программе установлено значение контраста 0,3, которым мы и рекомендуем пользоваться. Время обнаружения сопряжено с вероятностью обнаружения, которая по умолчанию принята 0,98. Изменить значение вероятности можно в пункте меню «Разное» --> «Параметры».

Человеческое зрение способно на мониторе обнаружить перемещение объекта через 0,2 – 0,25 секунд после его начала. Это время и является критерием для определения расстояния обнаружения и никогда не должно превышать этот временной диапазон.

Размер объекта (на мониторе). Этот параметр показывает горизонтальный размер объекта, отображаемого на мониторе. Результат можно вывести как в миллиметрах, так и в процентах от ширины экрана, выбранного монитора. Для этого нужно выбрать соответствующий переключатель, который расположен прямо в тексте комментария к окну.

3.3. Глубина резкости.

Глубина резкости показывает диапазон расстояний от минимального до максимального значения, который отсчитывается от видеокамеры и в пределах которого изображение будет резким.

Глубина резкости зависит от значения диафрагмы объектива. Поскольку в течение суток диафрагма изменяет свое значение пропорционально освещенности, то и в программе есть возможность моделировать эти условия (рис. 3.3). Для этого есть окошко «Диафрагменное число», с помощью которого можно установить любое значение диафрагмы.

Значение диафрагмы в программе нужно, прежде всего, для того, что бы определить глубину резкости для самых плохих условий освещенности. В дневное время суток, когда диафрагма закрывается, проблем с глубиной резкости обычно не возникает.
А в вечернее и ночное время ситуация обратная. Диафрагма полностью открыта и глубина резкости минимальна. Причем часть территории, которую должна контролировать видеокамера оказывается нерезкой. В эти периоды времени значение диафрагмы равно F-числу объектива (или знаменателю относительного отверстия). Подставляя значение F-числа объектива в окошко «Диафрагменное число» Вы получаете глубину резкости для самых плохих условий освещенности, объектива, который планируется использовать.

Кроме диафрагмы на глубину резкости оказывает свое влияние расстояние, на которое мы наводим резкость объектива (расстояние фокусировки).

К настоящему времени существует всего три способа наводки на резкость это фокусировка непосредственно на объект наблюдения, фокусировка на "бесконечность"  и фокусировка на гиперфокальное расстояние. Все способы наводки на резкость реализованы в программе в разделе "Варианты фокусировки объектива" рис 3.3.

Фокусировка на «объект наблюдения» означает, что объектив фокусируется непосредственно на расстояние, на котором находится объект или он с большей вероятностью там будет.

Фокусировка на «бесконечность» означает, что движок расстояний на объективе нужно установить в положение «бесконечность» и в таком положении объектив установить на объекте. Рядом с переключателем "На бесконечность" приведено значение расстояния, которое соответствует метке на объективе "бесконечность".  Значение этого расстояния необходимо использовать и для настройки заднего фокуса объектива.

Фокусировка на «гиперфокальное расстояние» означает, что объектив должен быть сфокусирован на расстояние равное гиперфокальному. Это расстояние приведено справа от надписи "на гиперфокальное расстояние».

Выбирая в программе варианты фокусировки объектива, Вы можете управлять глубиной резкости, подбирая такое ее значение, которое устраивает пользователя, т.е. что бы и минимальное и максимальное расстояние глубины резкости покрывали контролируемую зону.

 При монтаже видеокамеры на объекте фокусировка объектива должна быть установлена на найденное в программе расстояние.

При настройке объектива на гиперфокальное расстояние, не на объекте, а в офисе нужно помнить следующее:

Дело в том, что все расчеты дают значения гиперфокального расстояния по оптической оси объектива. В CCTV объектив с камерой устанавливаются, на какой то высоте иногда на значительной. Но, гиперфокальное расстояние нас интересует не по оптической оси, а по земле, т.е. от места проекции камеры на землю, и далее в направлении ориентации камеры. Потому, что объект наблюдения в большем проценте случаев находится на земле.

В связи с этим, в программе мы не выводим расчетные значения гиперфокального расстояния по оптической оси, а приводим его логическую проекцию на землю (рис. 3.4).

Для определения истинного значения гиперфокального расстояния, высоту установки камеры нужно выбрать 0,1 – 0,5 метров, при нулевом угле наклона камеры.

В разделе «Глубина резкости» присутствуют «Требуемые расстояния от оператора до монитора», которые подразделяются по:

• «медицинским ограничениям» т.е. удаление оператора от монитора должно быть не меньше 3 -4 диагоналей экрана.

• «наилучшему разрешению», что характеризует расстояние, с которого оператор наиболее комфортно может контролировать изображение на мониторе при максимальном разрешении глаза.

3.4. Кружок рассеяния

          Кружок рассеяния это основополагающий критерий, который используется для определения глубины резкости. Его величина зависит от многих факторов. В нашем случаи это формат кристалла ПЗС матрицы, диагональ монитора и расстояние с которого оператор смотрит на монитор.

Если переключатель кружка рассеяния в программе установлен в положение «Выбирается автоматически», то программа учитывает размеры ПЗС матрицы камеры, диагональ монитора, а расстояние, с которого оператор смотрит на монитор фиксировано и равно 3-4 диагоналям экрана, что соответствует медицинским требованиям.

Если переключатель кружка рассеяния в программе установлен в положение «Выбирается пользователем» (рис. 3.5), то и расстояние от оператора до монитора пользователь вводит самостоятельно через окошко «Удаление оператора от монитора». Этот режим очень полезен при проектировании рабочего места оператора систем видеонаблюдения или в тех случаях, когда необходимо получить достоверную информацию о реальной глубине резкости изображения в конкретных условиях наблюдения.

 3.5. Сектора наблюдения.

          Сектора наблюдения в программе выполнены не в масштабе и показывают только форму сектора для вида сбоку и сверху. В процессе изменения параметров меняется и форма сектора. Количество форм соответствует реальному их числу, которые действительно существуют.

При выводе на экран любой формы сектора вокруг него приведено множество размеров. Значение этих размеров и их обозначения пояснены на рис. 3.6, 3.7.

 3.6. Выбор камеры

Программа позволяет создавать проект, состоящий из большего количества камер.

Каждой камере можно присвоить индивидуальное имя, соответствующее предназначению камеры. Если это первая камера, то достаточно кликнут курсором в окошко «Название камеры». Надпись в поле окна выделится серым цветом (рис. 3.8) и можно вводить название камеры, после чего нажать Enter. Если нужно добавить к существующей камере следующую камеру, то нужно нажать на клавишу «Добавить» (рис. 3.9) и в появившемся окне ввести имя камеры. Кроме имен камер программа автоматически присваивает им порядковые номера.

4. Меню программы

4.1. Файл

Что бы открыть или сохранить созданный проект в виде файла необходимо зайти в пункт меню «Файл» (рис. 4.1) и в раскрытом списке выбрать «Открыть» для открытия файла или «Сохранить» для его сохранения.

После чего откроется стандартное окно Windows для открытия/сохранения файлов. Файлы сохраненных проектов имеют расширение «сam».

4.2 Разное

 4.2.1. Изменить параметры

Пункт меню «Параметры» необходим для того, что бы пользователь имел возможность изменять значения установленных по умолчанию параметров. При входе в меню «Параметры» открывается окно «Изменить начальные установки» (рис. 4.2).

Изменению доступны следующие параметры:

«Вероятность обнаружения», используется в программе для определения расстояния обнаружения объекта. Вероятность 0,5 говорит о том, что объект, в 50 случаях из ста может быть обнаружен. Вероятность обнаружения равная 1 это 100% гарантия того, что объект будет из 100 случаев обнаружен 100 раз.

«Коэффициент обнаружения» используется в программе как критерий, по которому определяется расстояние обнаружения. Значение этого параметра может вводиться вручную, а может автоматически передаваться из программы «Тест оператора», которая вызывается через меню «Измерения» --> «Тест оператора».

«Количество твл для идентификации» говорит о том, что если нужно распечатать фотографию объекта, то по его ширине должно укладываться 45 твл.

«Вероятность различимости» позволяет задать требуемую вероятность ( от 0,5 до 1 ) с которой объект будет различим. В программе по умолчанию установлено значение 1.

«Яркость экрана Кд/кв.м» позволяет проводить расчеты с учетом яркости экрана монитора. В темное время суток яркость экрана монитора значительно меньше, чем в дневное время.

«Объект наблюдения». Здесь можно ввести новый объект, задав его имя и размеры.

Каждой камере можно назначить два объекта наблюдения. В программе уже есть один объект это человек. Его размеры по умолчанию заданы как рост 1,75 м и ширина в плечах 0,5 м. Второй объект пользователь может ввести сам.

 4.2.2. Подсветка

Подсветка, при работе видеокамеры предназначена для того, что бы в темное время суток обеспечить нормальный уровень освещенности объекта наблюдения.

В этой версии программы расчет подсветки считается для ламп имеющих сплошной спектр. Коэффициент полезного действия прожектора принят равным 0,65, а коэффициент отражения от объекта можно выбирать, пользуясь раскрывающимся списком «Объект», а от подстилающей поверхности – «Почва».

Прожектор установлен на одной высоте с видеокамерой и ориентирован в том же направлении, что и камера.

Для вычисления значения освещенности объекта и уровня сигнал/шум на выходе камеры (только для черно-белых камер) необходимо зайти в меню «Разное» --> «Подсветка». Откроется подменю (рис.4.3.). Подменю состоит из трех типов ламп, имеющих разную цветовую температуру и пункта «Открыть». Пункт «Открыть» открывает диалоговое окно рис. 4.4. Тип лампы можно выбрать как до открытия диалогового окна, так и после.

В качестве исходных данных используются следующие характеристики прожектора (рис. 4.4):

• Мощность прожектора в Ваттах.

• Угол в градусах, который соответствует ширине светового луча прожектора по горизонтали.

• Угол в градусах, который соответствует ширине светового луча прожектора по вертикали.

• Форма отражателя прожектора (Прямоугольная или круглая)

Пользователь может использовать параметры камеры, которые заложены в программу, а именно:

• Отношение сигнал/шум камеры – 48 дБ.

• Размер пиксела ПЗС матрицы по вертикали/горизонтали – в зависимости от формата ПЗС.

Если нужно обеспечить точное соответствие расчетов отношения сигнал/шум, то пользователь может ввести параметры для конкретной видеокамеры сам. Для этого нужно кликнут на переключатель «Ввести характеристики проектируемой камеры» и станут активными три окна для ввода характеристик:

·        Отношение сигнал/шум камеры.

·        Размер пиксела ПЗС матрицы по горизонтали.

·        Размер пиксела ПЗС матрицы по вертикали.

      Кроме этого, пользователь может выбирать подстилающую поверхность, на которой находится объект и цвет самого объекта. Это стало возможным с появлением нового раздела «Цвет объекта и подстилающей поверхности» с раскрывающимися списками – «Объект», «Почва».

Результаты вычислений, а именно – освещенность объекта на заданном удалении от прожектора (камеры) и отношение сигнал/шум в дБ выводятся в соответствующих окнах. В качестве справочной информации приведены градации качества видеосигнала от отношения сигнал/шум.

В окне, где выводится результат отношения сигнал/шум камеры, кроме числовых значений могут появляться текстовые фразы. Например «Шум» или «Блюминг». Если в окошке «Отношение сигнал/шум (дБ)» появилось слово «Шум», то это означает, что изображение объекта очень плохого качества - объект "покрыт" шумами. Если в этом же окне появилось слово «Блюминг», то это означает, что для данного значения диафрагмы освещенность объекта на ПЗС матрице избыточна и на экране монитора он буде выглядеть пересвеченным.

Следует иметь ввиду, что прежде чем перейти из основной формы в диалоговое окно «Подсветка», необходимо закончить работу по выбору условий функционирования камеры и объектива при нормальных условиях освещенности, а значение диафрагмы установить равное F- числу. Это нужно для того, что бы изменяя мощность лампы прожектора автодиафрагма могла изменяться во всем диапазоне своих значений. Какое конкретно значение диафрагмы будет у объектива, можно увидеть в окошке "Диафрагменное число" (рис. 4.5).

 Изменяя расстояния до объекта на основной форме, в диалоговом окне «Подсветка» отношение сигнал/шум и освещенность объекта будут так же изменяться. Это позволит Вам проконтролировать качество изображения в любом месте сектора наблюдения.

Для определения значений углов, в которых прожектор освещает территорию необходимо иметь характеристики осветительных приборов. Но можно обойтись и без них. Достаточно измерить значение освещенности, на каком то удалении от прожектора, и установив в программе это расстояние в окошке «Удаление объекта» подбором углов освещения по горизонтали и вертикали добиться значения освещенности равного измеренному.

 4.2.3. Чтение номеров

Для проектирования видеосистем автоматического чтения номеров, двигающихся по автострадам автомашин, необходимо знать какую выдержку нужно установить в видеокамере, что бы изображение было не смазанным. Эту задачу можно решить, используя функцию "Чтение номеров".

Для перехода в этот режим работы программы нужно в меню выбрать Разное -> Чтение номеров. После чего появится новая форма рис.4.6.

На этой форме можно задавать максимальную скорость автомашины номер которой специальные программно-аппаратные комплексы (например MegaCar  V1, фирмы МегаПиксел) могут прочитать.

Для работы программы с номерными знаками разных стран используется единственный параметр это толщина линии, которой написаны цифры/буквы номерного знака. Изменять значение ширины линий можно через окно «Толщина линий цифры/буквы». Для отечественных номерных знаков это ширина равна 11мм.

В зависимости от величины смаза, который неизбежен при движении автомобиля на большой скорости, существует возможность изменять этот параметр. Допустимую величину смаза можно выбрать в окошке "Допустимое смещение линии %". Если установить величину смещения линии 50%, то программа будет определять требуемую выдержку, допуская, что цифра номера сместится на величину равную половине толщине линии, которой написаны цифры.

Результат работы программы приведен в окне "Выдержка в видеокамере" в традиционной для камер манере в виде дроби. В знаменателе указано число, которое показывает сколько раз в секунду информация с ПЗС матрицы должна быть считана, что бы изображение было резким и окно «Угол наклона камеры», в котором выведена расчетная величина угла наклона камеры.

Критерием читается ли номер автомашины, при выбранных параметрах, является появление в правом верхнем углу формы изображение номерного знака.

В программе, по умолчанию высота номерного знака от земли принята 0,5 метров. Мы пока не стали вводить возможность изменять этот параметр

Порядок работы.
1. Для определения необходимой выдержки видеокамеры через меню «Разное» откройте раздел «Чтение номеров».
2. Изменяя значения фокусных расстояний, добейтесь появления в верхнем правом углу изображения номерного знака автомашины. Это означает, что размер номера достаточен для его безошибочного чтения.
3. Установите скорость автомашины, для которой Вы хотите подобрать выдержку и высоту установки камеры.
4. «Допустимое смещение линии» и «Толщина линий цифры/буквы» пока можете не изменять.
5. Посмотрите значение выдержки. Если она более 1/1000, то желательно увеличить расстояние до машины («Расстояние до объекта»).
Помните, что чем больше выдержка, тем больше должна быть освещенность. Для работы видеокамеры в дневное время без дополнительной подсветки необходимо добиваться минимально возможного значения выдержки.

Появление в окошке "Выдержка в видеокамере" фразы "Нет номера" говорит о том, что значение фокусного расстояния объектива не достаточно для чтения номера. Необходимо увеличить фокусное расстояние объектива.

5. Работа с программой.

Проектирование систем видеонаблюдения в отличие от проектов других технических средств сильно связано с уровнем освещенности на объекте. Такая зависимость создает очень серьезные трудности в поисках компромисса работы системы в хороших и плохих условиях освещенности. Если проект разработан для хороших условий освещенности, то с ее ухудшением все принятые проектные решения никуда не годятся. Поэтому в видеосистемах проектирование ведется сразу для плохих условий освещенности (конечно, если видеокамеры установлены на улице) так как с улучшением освещенности характеристики принятые в проекте значительно улучшаются и проблем с работой видеосистемы не будет.

Как учитывается освещенность на объекте в программе «Проектировщик CCTV»? Если мы освежим в памяти вид из Вашего окна днем и вечером, то наверно разницу мы бы прокомментировали так:

Днем мы видим все, включая детали объектов, которые находятся в поле нашего зрения, кроме этого днем очень много полутонов и красок.

Ночью полутонов почти нет. Все вокруг (за исключением фонарей) окрашено преимущественно в серые тона. Деталей объектов мы почти не видим, да и не все объекты можно разглядеть.

Если эти эмоции переложить на технические понятия, то, описывая вид из окна, мы говорили о контрасте. Контраст, как раз и характеризует, насколько объект по освещенности отличается от фона. Чем меньше контраст, тем труднее заметить объект на этом фоне. Основа маскировки как раз и заключается в выравнивании контраста.

Контраст имеет диапазон значений от 0 до 1. Единица это максимальный контраст, который днем позволяет видеть все полутона и при таком контрасте изображение на мониторе может в деталях «обрисовать» интересующий объект.

Но, к сожалению, если даже контраст сцены равен единицы, на мониторе нам все равно не удастся его увидеть. Любой видеотракт даже самый хороший ухудшает исходный контраст. Поэтому значение контраста в программе больше 0,8 мы не рекомендуем устанавливать (Подробно в 7 разделе описния).

      Для проектирования видеосистем значение контраста установите равное 0,1818. Кроме этого яркость экрана монитора (меню «Параметры») нужно установить 10 – 20 Кд/кв.м и даже меньше.

     При проектировании видеосистем с хорошим уровнем освещенности яркость экрана может быть в диапазоне 30 – 50 Кд/кв.м. В программе по умолчанию установлено значение яркости экрана 30 Кд/кв.м.

Работа с программой начинается с выбора объекта, наблюдения. В качестве объекта может быть все что угодно. Поэтому предположим, что объектом наблюдения является человек-лилипут. Его размеры нужно ввести в программу. Для этого нажав пункт меню «Разное» --> «Параметры», откроется окно «Изменить начальные установки» (рис. 5.1). В раздел «Объект наблюдения» вводим имя объекта «Лилипут» и его размеры ширина 0,2 м, а высота 0,5 метров. После чего нажатием на клавишу «Ок» окно закрывается.  

  Теперь в исходных данных программы мы должны выбрать «наш» объект наблюдения. Для этого мышкой раскрываем список объектов и выбираем «Лилипут» (рис. 5.2).

 5.1. Пример решения задачи по обнаружению объекта.

 Вечер, пасмурно, изображение на мониторе не контрастное. В основном преобладают серые полутона. Такое изображение приблизительно  соответствует контрасту 0.3. Необходимо контролировать проселочную дорогу шириной 6 метров. На этой дороге нужно обнаружить нашего человека-лилипута на удалении 50 метров. Причем обнаружение объекта должно быть достоверным, т.е. близким к единице (0,95).

Для решения этой задачи введем исходные данные:

Заходим в пункт меню «Разное» --> «Параметры» и устанавливаем нужную вероятность обнаружения 0,95 (рис. 5.3) и нажав кнопку «ОК» закрываем окно.

В исходных данных устанавливаем контраст на мониторе 0,3.

Выберем высоту установки камеры 3 метра.

Будем использовать камеру с разрешением 470 твл и форматом матрицы 1/3 дюйма.

Монитор, на который будет выводиться изображение 21”.

Решение задачи:

Установим в окне «Расстояние до объекта (м)» расстояние на котором нужно обнаружить объект 50м.

Выберем необходимое фокусное расстояние объектива.

Для этого установим курсор в окошко «Фокусное расстояние (мм)». Колесиком Scroll изменяем, значения фокусных расстояний и контролируем параметр «Расстояние обнаружения», а именно когда его значение станет равным 50м.

При фокусном расстоянии 8,5мм расстояние обнаружения равно 50м.

Но контраст объекта относительно фона в вечернее время может стать значительно меньше 0,3. Поэтому изменим контраст с 0,3 до 0,05. При фокусном расстоянии 28 мм расстояние обнаружения стало равно 50м.

Какое использовать фокусное расстояние объектива решать Вам. Я бы остановил свой выбор на 28 мм   объективе, так как с его помощью можно обнаружить объект при самых малых контрастах (0,05).

Определяем угол наклона камеры,  при фокусном расстоянии 28 мм таким образом, что бы на 50 метрах человек-лилипут находился внутри сектора (рис. 5.4). Получилось значение 5 градусов, а высота сектора 1,8 метра.

Проверим, какая ширина сектора в горизонтальной плоскости на удалении 50 метров. Покрывает ли она ширину дороги 6 м. На секторах «Вид сверху» смотрим ширину сектора на удалении 50м (рис. 5.5).  Ширина ровна 8,6 метра, что удовлетворяет требованиям.

Теперь нам осталось найти расстояние, на которое нужно сфокусировать объектив, что бы глубина резкости была максимальна. Для этого установите значение диафрагмы в окошке «Диафрагменное число» равное F-числу объектива. В разделе «Варианты фокусировки объектива» посмотрите глубину резкости при фокусировке на бесконечность и гиперфокальное расстояние. К сожалению, с помощью такой фокусировки нам не удается добиться нужной глубины резкости. Осталось найти расстояние, используя «Варианты фокусировки объектива» - «На объект наблюдения». Изменяя значение в окошке «Расстояние до объекта (м)» останавливаемся на значении 32 метров, при котором глубина резкости составляет от 23 до 52 метров.

Задача решена. При этом на 21” мониторе размеры нашего человека-лилипута на расстоянии 50 метров составляют 15х52 мм. Осталось изобразить найденные решения в виде чертежа с подробными указаниями монтажным организациям. В качестве инструмента для выполнения чертежа можно использовать AutoCad, Visio или любой другой графический редактор.

     Теперь давайте решим эту же задачу, но без учета контраста изображения на мониторе и требуемой вероятности обнаружения. Это значит, что мы проводим расчет для идеальных условий освещенности и контраста то есть когда объект в черном идет по белому снегу . Вероятность обнаружения в таких случаях равна 0,5, а контраст объекта относительно фона 1.

Установим в окошке «Расстояние до объекта» значение расстояния 50м, а контраст 1. Изменяем, значения фокусных расстояний объектива до тех пор, пока в окошке «Расстояние обнаружения» не получим «нужные» 50 м.

В результате мы имеем:

1. Фокусное расстояние – 6 мм;

2. Угол наклона камеры 5 градусов;

3. Размер объекта на удалении 50 метров – 2 х 8 мм;

            Оба результата позволяют решить задачу, но разница заключается в следующем:

Первый вариант – реализует вероятностно-временной подход, учитывающий весь спектр возможных ситуаций по обнаружению объекта, который позволяет решать задачу с предсказуемым результатом по любым требованиям, предъявляемым заказчиком.

Второй вариант – детерминированный подход, оторванный от реальной действительности и, для решения задач безопасности его применение не допустимо.

5.2. Пример решения задачи по защите периметра.

Необходимо по периметру объекта, огороженного забором с периметральной сигнализацией, установить систему видеонаблюдения. Весь периметр в темное время суток освещен искусственным освещением.

Требуется определить интервалы, через которые необходимо установить камеры и значение фокусных расстояний объективов.

Решение задачи.

Контраст изображения в вечернее время с учетом хорошего освещения будет не более 0,7. Видеотракт «съест» еще, как минимум до 0,5. Это значение контраста и установим в программе.

Высоту установки камеры примем 3 метра.

Камера 470 твл с матрицей 1/3 дюйма.

Объект наблюдения – человек.

       Установим фокусное расстояние равное 8 мм.

В разделе «Параметры обнаружения» смотрим значение «Расстояние различимости».

Но до этого в меню «Разное» -> «Параметры» выберем вероятность различимости равную 0,997. Такая вероятность не допускает возможность не различить  даже 1-го объекта из 100. Это очень высокие требования по различимости и с точки зрения разумной достаточности в реальной действительности можно выбирать этот параметр значительно ниже.

Тем не менее “Расстояние различимости”  оказывается равным 18 метрам при угле наклона 15 градусов.

Выставляем «расстояние до объекта» равное 18 метрам и смотрим значения:

·        Размер объекта на мониторе – 18х63 мм

Такие параметры вполне допустимы для завершения работы над нашей задачей. В результате расстояние, на котором камера позволит различить объект с вероятностью 0,997, равно 19 м.

Изменяя угол наклона камеры, определим размер зоны тени. В результате при 15 градусах угла наклона зона тени ровна 5,7 метра.

Интервал между камерами получается равным 19 – 5 = 14 м.

Глубина резкости для этого случая будет от 6 метров до бесконечности.

Для сравнения сделаем подобные вычисления для объективов с фокусным расстоянием 12 и 16 мм, а результаты сведем в таблицу.

Анализируя результаты с точки зрения размера объекта на максимальном удалении не трудно заметить, что они мало, чем отличаются друг от друга. Отличие только в том, что с увеличения фокусного расстояния расстояние между камерами увеличивается, что, несомненно, хорошо. Поэтому выберем объектив с фокусным расстоянием 16 мм.

Теперь изменим вероятность обнаружения с 0,997 до 0,9. Такая вероятность допускает, что из 100 человек мы не обнаружим 10. В результате при фокусном расстоянии объектива 12 мм интервал между камерами может составлять 39 м, а размер человека на экране монитора всего 2,6% от ширины экрана

5.3. Пример решения задачи по защите периметра здания

Мы имеем внешний вид здания (рис. 5.6), на котором по периметру нужно установить видеокамеры. Установим одну из них, для чего. Нарисуем на здании с помощью любого графического редактора сектор наблюдения с таким углом, что бы он захватывал нужные элементы здания (ближнее окно, служебный вход и основной вход). Вершина угла должна быть в месте установки предполагаемой камеры (в нашем случае получилось 4 м). Измерим любым способом нарисованный угол. Для AutoCad это операция занимает один «клик». Угол равен 15 градусам. Вращая колесико Scroll в окошке «Фокусное расстояние» найдем угол зрения по вертикали по возможности ближе к измеренному значению. Получилось 17 градусов, что соответствует фокусному расстоянию объектива 12 мм. Изменяя угол наклона камеры, добьемся того, чтобы элементы здания, находящиеся под контролем камеры были внутри сектора наблюдения (рис. 5.7). Для этого установим «расстояние до объекта» равное расстоянию до главного входа (35 м). На этом удалении будем контролировать высоту сектора. Результат получился 8 градусов угол наклона, а высота сектора 4.3 метра. Используя расстояние мертвой зоны видеокамеры ( 13,5 м), высоту сектора на удалении главного входа (4.3 м) и высоту установки камеры (4 м) рисуем сектор наблюдения.

Теперь найдем расстояние, на котором нужно фокусировать объектив, что бы получить максимальную глубину резкости. Перебирая переключатели в разделе «Варианты фокусировки объектива» получится, что максимальная глубина резкости будет при фокусировке на гиперфокальное расстояние равное 15 м.  и составлять величину от 6,6 м до бесконечности. Осталось нанести на чертеж размеры объекта (РО) на удалении до служебного и главного входа.

5.4.   Пример задачи по расчету подсветки для работы камеры в ночное время.

Воспользуемся предыдущим примером и рассчитаем мощность прожектора, который нужно установить рядом с камерой, чтобы она могла видеть все происходящее вплоть до главного входа.

Для этого заходим в пункт меню «Разное» --> «Подсветка» и выбираем галогеновую лампу с цветовой температурой 3200 градусов Кельвина.

Если  ориентировочные значения отношения сигнал/шум 48 дБ у проектируемой камеры Вас устраивают, то можно использовать характеристики, которые установлены в программе по умолчанию. Если нужен точный расчет, то выберете переключатель «Ввести характеристики проектируемой камеры» и введите необходимые параметры для конкретной камеры в открывшиеся окна.

Выбираем отражатель прожектора прямоугольной формы. В окошках «Угол освещения по горизонтали» и «Угол освещения по вертикали» вводим значения для используемого нами прожектора. Пусть для нашего случая он равен 120 градусам.

Изменяя мощность прожектора на форме «Подсветка» добиваемся того, что бы отношение с/ш видеокамеры на максимальном удалении (34,7 м) соответствовало хорошим или отличным градациям качества видеосигнала (рис. 5.8). 

Для нашего примера, это 500 Вт.

Теперь проверим, не будет ли объект наблюдения пересвеченн на близких расстояниях к камере. Для этого изменим, расстояния в окошке «Расстояние до объекта» от 34 м до величины, когда объект наблюдения выйдет из зоны сектора. В результате, начиная с 7 м и до 18 м объект наблюдения может быть пересвечен. Для устранения этого явления выберем камеру с большим отношением с/ш 55 дБ.

Для этого выберем переключатель «Ввести характеристики проектируемой камеры» и в окошко «Отношение сигнал/шум» поставим 55 дБ. В этом случаи при 500 Вт прожекторе мы получаем изображение хорошего качества на протяжении всего сектора наблюдения.

5.5. Чтение номера, стоящей автомашины.

      Вариант 1

Допустим Вам нужно определить какое фокусное расстояние необходимо установить на объективе, для того, что бы с расстояния 10 метров от автомобиля изображение на мониторе, позволяло службе охраны прочитать его номерной знак.

Для решения этой задачи на основной форме выберем высоту, на которой будет установлена видеокамера. В нашем примере 3 метра.

Установим в окошке «Расстояние до объекта» значение 10 метров.

Изменяя значения фокусных расстояний объектива, смотрим при каком его значении в правом верхнем углу основной формы, появится изображение номерного знака автомобиля. Получилось 25 мм.

Теперь подберем точное значение фокусного расстояния, вводя их вручную. В результате получилось, что при фокусном расстоянии 20 миллиметров, охрана свободно будет читать номерной знак.

Осталось выбрать оптимальный угол наклона видеокамеры. Его значение равно 13 градусам.

Вариант 2

Имеем видеокамеру с объективом 6 мм. Требуется определить, на каком расстоянии от номерного знака автомашины нужно установить видеокамеру, чтобы охрана смогла на мониторе прочитать номерной знак?

            Камеру планируется установить на высоте 1 метра. Это расстояние и выбираем в окошке программы «Высота установки камеры».

            Вводим в программу и фокусное расстояние имеющегося в распоряжении объектива  6 мм.

      Изменяя значения расстояний до объекта, смотрим при каком его значении в правом верхнем углу основной формы, появится изображение номерного знака автомобиля. Получилось 3 м.

Теперь подберем точное значение расстояния, вводя его вручную. В результате получилось, что при фокусном расстоянии 3,2 метра, охрана свободно будет читать номерной знак.

5.6. Проектирование секторов наблюдения.

Расстояния обнаружения объекта

Сектора наблюдения определяются углами зрения, которые формируют объектив и видеокамера. В пределах этого угла изображение сцены передается на монитор. Размеры элементов изображения, которые находятся в поле зрения камеры, на экране монитора уменьшаются по мере удаления их от камеры. В связи с этим существует предельное расстояние, на котором по изображению на мониторе оператор способен обнаружить объект. Это расстояние называется «Расстояние обнаружения». Этим расстоянием заканчивается сектор, в пределах которого видеокамера способна донести до оператора информацию об объектах, которые на мониторе имеют минимальные размеры. Но обнаружить объект, находящийся в секторе в 100% случаев просто не реально. Обнаружению всегда будут мешать объективные и субъективные причины. Поэтому необходимо задать параметр, который будет определять степень ответственности по обнаружению объекта предъявляемый к видеокамере и оператору. Таким параметром является вероятность обнаружения, за какой то заданный пользователем промежуток времени (По нашим исследованиям это время должно составлять 0,2 сек).

Проектировать сектор наблюдения видеокамеры будем исходя из критерия, по которому определяют разрешающую способность видеокамеры. В качестве критерия для определения разрешающей способности камеры принято использовать снижение уровня модуляции до значения 0,1, что соответствует контрасту 0,1818.

  К=2Мод/(1+Мод)

Где: К      - контраст

       Мод  - модуляция             

Поскольку ни один видеотракт не может донести до пользователя исходный контраст объекта с фоном, а, как правило, уменьшает его, то зададим это ухудшение в виде снижения контраста на 30%. (для корректного определения снижения контраста от размеров объектов существует ФПМ) В связи с этим при определении расстояния обнаружения будем использовать контраст равный 0,1818 * 0,7 = 0,127. При таком контрасте будем решать задачу по обнаружению объекта. Для примера возьмем объектив с фокусном расстоянием 4 мм,  который установлен  с видеокамерой на высоте 4 метра. Зададим жесткие требования по вероятности обнаружения 0,99. В результате расстояние обнаружения будет равно 34 м. Изобразим найденный сектор (вид сверху) наблюдения на чертеже (Рис.5.9).

Однако такая высокая вероятность обнаружения нужна не так часто. Поэтому проведем расчет расстояния обнаружения для вероятности обнаружения 0,7. В этом случае расстояние обнаружения равно 52 метрам.

Рассматривая эти случаи, мы приходим к выводу, что с увеличением требований к безопасности объектов предельные расстояния обнаружения видеосистем сокращаются, а размеры объектов на мониторе увеличиваются. Такая ситуация положительно сказывается на обнаружение объектов если оператор - человек и не менее продуктивна, когда картинку на экране монитора контролируют детекторы движения любой компьютерной системы наблюдения.

   Расстояния различимости объекта.

Перед видеосистемой, осуществляющей контроль обстановки в общественных зданиях, местах массового пребывания людей в основном ставится задача различимости объектов. В проекте необходимо определить максимальное расстояние, на котором объект еще может быть различим. Как и расстояние обнаружения, расстояние различимости определяется с

учетом заданной вероятности различимости. Чем больше вероятность различимости, тем меньше максимальное расстояние различимости и больше размер объекта на мониторе. И наоборот, чем меньше вероятность, тем больше расстояние и меньше размер объекта.

Определим расстояния различимости, используя пример рассмотренный при определении расстояния обнаружения. Видеокамеру с разрешением 470 твл установим в общественном здании с не высоким уровнем освещенности. Напомним, что, определяя расстояния различимости, мы оперируем контрастом не объекта с фоном, а контрастом элементов одежды самого объекта. Причем чем темней одежда, тем трудней видеосистеме различить объект. Поскольку размеры объектов на мониторе при определении различимости составляют не более 10% от ширины экрана, а элементы одежды еще меньше, то потери исходного контраста при прохождении через видеотракт будут значительными. Поэтому выберем для проектирования контраст равный 0,2. Поскольку общественные здания это объекты с большим пребыванием людей, то вероятность обнаружения выберем высокой 0,99. В результате максимальное расстояние различимости получилось 9м, а размер объекта на мониторе составляет 4% от ширины экрана (Рис. 5.10). Теперь посмотрим, как изменится расстояние различимости, если объект не имеет такой высокий приоритет по обеспечению безопасности. Предположим, что это складское помещение и вероятность различимости может быть не более 0,7. Для такого случая расстояние различимости увеличилось и равно 20м, а объект на экране составляет всего 2% от ширины экрана.

6. Тест оператора

 «Тест оператора» предназначен для тестирования способностей оператора по обнаружению объекта на экране монитора, когда контраст объекта относительно фона задан, как начальное условие теста, что в результате позволяет визуально определить дальность обнаружения при заданном контрасте.

В качестве результата теста используется параметр «коэффициент обнаружения», значение которого передается в программу «Проектировщик CCTV» для вычисления остальных  параметров.

6.1. Общие сведения

Тест оператора вызывается через меню «Измерения» --> «Тест оператора» --> «Запустить». В результате на экране появляется форма рис. 6.1.

В нижней части формы приведена «серая шкала» из восьми градаций яркости. Эти градации характеризуют фон экрана, на котором будет появляться объект. Пользователь может провести тест по всем восьми градациям и получить усредненный результат «Коэффициента обнаружения». Для этого нужно выбрать переключатель «Все тона».

Для проведения теста только по одному из тонов нужно выбрать над ним соответствующий переключатель.

        Контраст задается через окошко «Уровень» в котором можно выбрать значения от 0 до 30. Или ввести их непосредственно в окно. После нажатия кнопки «Старт» значение контраста и модуляции появляются в соответствующих окнах «Контраст в %», «Модуляция в %».

6.2. Порядок работы

            Войдите через меню «Измерения» --> «Тест оператора» и выберете пункт «Не учитывать результаты теста». Если

этот пункт уже выбран, нажимаете «Запустить». Открывается окно рис. 6.1.

1. Выбираем нужный фон, на котором будем проводить тест.

2. Изменяя значения в окошке «Уровень» устанавливаем необходимый для теста контраст или модуляцию. В этой версии значения  контраста и модуляции можно увидеть только после нажатия кнопки «Старт».

3. Усаживаем тестируемого на удалении 66 см от экрана монитора, что соответствует четырем диагоналям тест-экрана.

4. Нажимаем кнопку «старт». На тест-экране в случайном месте появляется кружок минимального диаметра, который перемещается по полю тест-экрана. Задача тестируемого обнаружить появившийся кружок и нажать кнопку «Стоп».

            После этого перемещение кружка прекращается и тестируемый должен показать место, где находится кружок.

            Нажать кнопку «Показать» и кружок окаймляется красным цветом. Если тестируемый указал правильно, то нажать кнопку «Засчитать» затем «Продолжить».

Если положение кружка тестируемым показано не верно, то, не нажимая кнопку «Засчитать» сразу нажать «Продолжить» и тест будет продолжать работу.

После того как Вы многократно повторили тест, нажмите кнопку «Стоп тест» и на экране появиться окно с усредненным результатом коэффициента обнаружения (рис 6.2). Нажав «ОК» «Тест оператора» закроется.

5. Для того, что бы программа «Проектировщик CCTV» пересчитала все свои значения с учетом результатов теста, выберете в меню «Измерения» --> «Тест оператора» пункт - «Учитывать результаты теста». После чего расстояние обнаружения будет отражать реальные возможности

                                                                                               тестируемого оператора работать с изображением такого контраста.

Примечание: Это классическая методика тестирования, описываемая во многих изданиях и на основе которой были получены статистически достоверные результаты обнаружения и разработаны имперические зависимости для проведения вычислений.