CCTV kamera se skládá z:

• obrazového snímače, který přeměňuje světlo na elektrický signál.
• objektivu
• soupravy elektronických součástí, zpracovávajících elektrický signál.

Vysoká přesnost obrazového snímače, dobrý výběr a kvalita objektivu jsou základem pro dosažení kvalitních výsledků. CCTV kamera může automaticky opravovat signál pouze v omezeném rozsahu, proto bychom měli s jeho schopností zpracování zacházet pouze jako s užitečným doplňkem.

Pixel - jeden prvek matice senzorů.

Definice pixelu (nebo bodu).

Jediná kamera má 320,000 pixelů, kamera vyšší třídy dosahuje přes 1,500,000.

Obrazové snímače kamer jsou vyráběny v těchto technologiích:

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

CCD
- obrazový snímač založený na principu shromažďování elektrického náboje způsobeného působícím světlem na každý foto snímač. Výroba těchto obrazových snímačů je nákladná a není dostupná všem společnostem, a to i navzdory skutečnosti, že se patří mezi první zařízení.

CMOS
- obrazový snímač založený na technologii integrovaných obvodů, kde jsou řídící zařízení izolovaných tranzistorů základními snímači. Levná technologie je dostupná mnoha společnostem, které vyvolaly cenovou revoluci, jelikož obrazový snímač dříve tvořil 40% celkových nákladů na kameru.

Vývoj CMOS snímačů pokračuje dál:

• miniaturizace mikro-tranzistorových součástí,
• jejich vybavení prvky mikro objektivu, vlastními zesilovači signálu APS (Active Pixel Sensor) a vlastními analog-digitálními konvertory.

V blízké budoucnosti bychom tedy měli očekávat zlepšené, pokročilé snímače vyrobené touto technologií, takže nebude důvod, abychom je pak používali jako druhou, nižší třídu obrazových snímačů.

V tradiční technologii byl celý signál "čtený" z obrazového snímače, zesilován a poté posílán k dalšímu zpracování.
Technologický průlom v činnosti obrazových snímačů byl započat DSP technologií.

DSP (Digital Signal Processing)
v tomto typu obrazových snímačů to představuje, že každý prvek citlivý na světlo je vybaven jeho vlastním analog-digitálním konvertorem. Signál je přeměněn na digitální podobu na úrovni součástí citlivých na světlo - což redukuje šum, umožňuje řízení vybraných prvků citlivých na světlo. Každý pixel může být čtený než dosáhne stavu nasycení, což snižuje riziko přeexpozice. V porovnání s tradičními kamerami se objevily nové schopnosti, jako například: detekce pohybu, programovatelné podsvícení, dálkové ovládání prostřednictvím RS-232 konektoru, generátor názvu, dat a času, a OSD menu. Obecně mají tyto kamery lepší kontrast, obvykle mají funkci, která umožňuje snížit rozmazaný efekt světlých bodů (tento efekt se dostaví, když pozorujeme obraz s vysokým jasem bodů, které vypadají jako šmouha). Nejvyspělejší DSP kamery mohou detekovat a kompenzovat změny světla a provést elektrický zoom.

Other digitalization method at the level of light-sensitive elements is MOSAD (Multiplexed Oversample Analog to Digital Conversion).

Pohled na CCD obrazový snímač

CCD a CMOS kamery na trhu. V praxi CCTV instalátorů jsou nejpoužívanějšími kamerami ty, které jsou vybaveny CCD snímači. CMOS kamery mají obvykle nižší ciltivost a počet televizních linek (okolo 300 TVL). Nicméně jelikož CMOS technologie umožňuje dosáhnout malých rozměru kamery, shledalo se jejich uplatnění v takzvaném skrytém pozorování. Běžně se používají soukromými detektivními kancelářemi a dalšími zvláštními agenturami.

CMOS kamera -velikost jednoho groše

Velikost obrazového snímače. Geometrické rozměry snímače, měřené v palcích. Můžeme se setkat s kamerami s velikostí obrazového snímače 1", 2/3", 1/2", 1/3", 1/4" a 1/6".

Citlivost kamery.
Vhodné osvětlení obrazového snímače je nezbytné pro vytvoření odpovídajícího rozkmitu úplného (barevného) obrazového signálu s daným odstupem signálu od šumu. Toto je nejspornější a nejzpracovávanější parametr charakterizující kamery. Většina výrobců neinformuje o podmínkách, v jakých se měří. Pro toto měření je důležité, aby kamera vypnula funkci automatického řízení zisku (AGC). Potřeba je také informace o tom, zda bylo světlo měřeno na snímači kamery nebo na objektu, v tom druhém případě - podíl odrazu světla objektu a clonové číslo použitého objektivu.

Resolution
This parameter of camera is defined by the capability of showing little details on the screen. It is measured in number television lines (TVL). Resolution is defined horizontally as well as vertically. Resolution is limited by the number of sensor's pixels, however it is not a direct dependence. Like with monitors, it is estimation of the ability of transferring color or gray-scale information connected with the number of pixels of image sensor. Some of manufacturers specify only the number of pixels instead of this parameter.

Podle rozlišení lze CCTV kamery rozdělit na:

• kamery s nízkým rozlišením - okolo 240 - 380 televizních linek (zpravidla CMOS kamery),
• kamery se standardním rozlišením - okolo 420 - 480 televizních linek,
• kamery se zvýšeným rozlišením - okolo 600 televizních linek.

Odstup signálu od šumu.
Tento parametr informuje o schopnosti kamery generovat obraz požadované kvality. Nepřímo souvisí s citlivostí a vyjadřuje se v dB (mimo AGC).

Provozní teplota.
Rozsah teploty, v rámci které může kamera řádně pracovat, a to s předpokládanými parametry. Obvykle je toto rozpětí od 10 do 45 °C. Aby bylo udrženy dobré podmínky vnějšího prostředí zajišťující řádný provoz kamer, používá se obvykle doplňkové vybavení: ohřívače, ventilátory, vzduchotěsné kryty a další prostředky úpravy.

Pro určitou velikost obrazového snímače musí být opatřen odpovídající objektiv. Obecně, větší velikost obrazového snímače, lepší kvalita obrazu. Souvisí to i s vyšším množstvím prvků citlivých na světlo, reagujících na světlo (pixelů). Zároveň mnoho aplikací vyžaduje miniaturizaci kamery. Momentálně je 1/4" obrazový snímač pro dosažení uspokojivé kvality dostatečný. Je důležité si pamatovat, že velikost obrazového snímače vyžaduje použití objektivu stejné velikosti (nebo větší). Například 1/2" obrazový snímač může pracovat s 1/2" objektivem, nebo větším, například 1".

Napájení proudem je typicky prováděno prostřednictvím externího DC 12V zdroje, klasický proud kolísá v rozmezí 100mA a 250mA. Občas můžeme nalézt kamery pracující s 5V napětím nebo s vestavěným síťovým napájením. V případě použití kamery vybavené objektivem s automatickou clonou se spotřeba energie kamery zvýší o množství potřebné pro objektiv, což obvykle není více než 40-80 mA. U dlouhých kabelů s malým příčným řezem se objevuje úbytek elektrického napětí, takže je lepší použít zdroje energie s nastavením výstupního napětí, např. M1828. Existují také kamery napájené 24V AC, nebo 230V AC proudem.

Kromě zajišťování odpovídající hodnoty napětí, stejně důležitý je výběr síťové účinnosti zdroje energie - obvykle mají zdroje energie proudovou kapacitu od 250mA do 2.5A. Ve zvláštních případech, u větších instalací, jsou použity zdroje energie s vyšší nosností. V současnosti jsou CCTV zařízení často připojovány k záložním zdrojům napájení - populárním UPS. Jedná se o velmi důležitý předmět, instalátory obvykle opomíjený. Použití UPS je doporučováno pro všechny instalace ve kterých pracují, zhruba řečeno, "počítačová" zařízení (např. autonomní DVR, DVR založený na DVR kartách montovaných v počítačích atd.). Tato zařízení jsou velmi citlivá na jakékoli přerušení dodávky elektřiny, včetně špiček napětí nebo chvilkových ztrát proudu. Aplikace UPS může podstatně zvýšit stabilitu, spolehlivost a stupeň bezpečnosti celého monitorovacího systému.

Doporučuje se použití stabilizovaného napájení např. M1828

Vhodný výběr zdroje energie pro napájení bezdrátové kamery je velmi důležitý; neadekvátní zdroj energie je často důvodem nepatřičné práce celého systému.

Spojení mezi kamerami a monitory může být realizováno na vzdálenosti od 100 - 600 metrů s použitím 75ohm koaxiálních kabelů. Konkrétní maximální vzdálenost vysoce závisí na kvalitě kabelu - rozpětí 600m může být dosaženo, pokud použijeme měděný kabel TRISET-113 E1015_500.

V závislosti na typu kabelu, nad 100 - 600 m se doporučuje použít zesilovače signálu M1840. Je důležité si pamatovat, že barevné kamery jsou citlivější na takzvané "maximálně napínací kabely" - počátečním symptomem je snížení saturace.

Kroucené dvojlinky jsou doporučovány pro vzdálenosti od 10 - 70 metrů. S použitím těchto kabelů je možné přenášet obrazové signály přes delší vzdálenosti, a to až do 400 m - s použitím přídavných zařízení - transformátory obrazu M16651, M16652, M1667, nebo dokonce až do 1600 m - aplikací M1668.

Obecně jsou kvalitní koaxiální kabely odolnější vůči interferencím. Kroucené dvojlinky by měly být použity pouze v nezbytných případech, jinak vytvoří "hotovou" infrastrukturu, kterou poté nelze rozšířit pomocí dodatečných koaxiálních kabelů.

Transformátor obrazového signálu TR-1Q M16651

Ovládací prvky kamer.
Nastavení umožňující upravení parametrů kamery podle podmínek okolního prostředí jsou dostupná spíše u vyspělejších kamer. Díky tomu lze dosáhnout dobré kvality obrazu dokonce i v obtížných světelných podmínkách. Jednoduché, kompaktní kamery, bez jakéhokoli nastavení, jsou užitečné pro provoz s relativně malými změnami iluminace a v rámci omezené ohniskové vzdálenosti.

AUTOMATIKA U CCTV KAMER

EAI nebo EI je, jednoduše řečeno, automatické nastavení citlivosti kamery na světelné podmínky. EAI je užitečné v prostředích s malými světelnými změnami (např. pokoje). Výhodou elektronické clony je možnost použití jednoduchých objektivů s pevně nebo manuálně nastavitelnou clonou.

Automatická clona (AUTO IRIS - AI) je funkce kamery umožňující ovládat speciální typ objektivů; umožňuje přizpůsobit fixní proporce světla dopadajícího na obrazové snímače, bez ohledu na to, jaké jsou světelné podmínky. Elektronická clona je nastavena na 1/50s, objektiv s automatickou clonou se však zavírá a otevírá přiměřeně k intenzitě světla. Kamera a objektiv s AI jsou schopné řádně pracovat dokonce v prostředích s velkými změnami osvětlení, kde jsou jednoduché kamery nepoužitelné.

Kamery s funkcí AI jsou vybaveny speciální výstupní kontrolou AI objektivu. V závislosti na výstupním signálu objektiv zavře nebo otevře clonu, aby stabilizoval intenzitu světla dopadajícího na snímač. To také pomáhá udržet dobrý kontrast celé sledované oblasti.

Kontrolu nad objektivem s AI lze provádět dvěma způsoby:

• Video - IRIS: kontrola pomocí signálu úměrného k osvětlení. Kamera poskytuje signál, který kontroluje hnací zesilovač objektivu, který otevírá nebo zavírá clonu.
Objektiv s Video-AI má dva potenciometry:
• Level: používaný k nastavení úrovně jasu, která by měla být udržována,
• ALC: umožňující nastavení reakční doby na změny osvětlení.
• Reakční režim lze měnit pomocí volby označené jako PK nebo P (Peak) na hodnotu A nebo AV (Average-průměr); v prvním případě je reakce odpovídající nejjasnějšímu pixelu na obrazovce, v druhém případě - odpovídá průměrné úrovni celé obrazovky. Úroveň jasu se mění z hodnoty označené jako H (High-vysoká) na hodnotu L (Low-nízká).
• DC IRIS: objektiv regulovaný přímým proudovým signálem. Kamera má výstupní signál přímo kontrolující poháněcí zařízení DC-IRIS objektivů, který otevírá a zavírá clonu.
V případě DC-AI objektivu, oba potenciometry jsou umístěny uvnitř kamery. Jelikož jsou DC objektivy levnější, stojí za to předem zkontrolovat, zda-li má kamera kontrolér umožňující jejich použití.

AES (Automatic Electronic Shutter) - doba otevření se nastavuje v závislosti na intenzitě světla dopadajícího na obrazový snímač; změna se udává v rozsahu od 1.50s do 1/100000s. U technologicky vyspělejších kamer můžeme občas nalézt také manuální nastavení clony. Měli bychom si pamatovat, že delší expozice, ačkoli zvyšuje citlivost kamery, snižuje obnovovací frekvenci obrazu - objevuje se efekt časového selhání (delší doba expozice).

Dalšími vybranými typy automatické kontroly jsou:

AGC (Automatic Gain Control)
stabilizuje úroveň výstupních signálů a zlepšuje S/N poměr; obraz je čistější, avšak méně přirozený. Vypnutí této funkce způsobí přirozenější obraz, ale zapříčiní také více šumu.

BACKLIGHT
automatické nastavení intenzity světla pocházejícího zpoza sledovaného objektu.

BLC (Back Light Compensation)
funkce umožňující opravit kvalitu přeexponovaného obrazu; je aktivována, pokud je přes 50% hlavní části obrazového snímače přeexponováno.

ECLIPSE - pomáhá skrýt (překrýt) přeexponované body; podobně jako předcházející funkce také zvyšuje jasnost obrazu.

FLON - funkce umožňující odstranění blikání.

GAIN - nastavení reakční doby clony na změny osvětlení.

L.L./INT- switch (používaný AC napájení kamer proudem), který způsobuje synchronizaci s rozvodnou sítí nebo vykonává synchronizaci z vnitřního obvodu kamery.

MES (Manual Electronic Shutter) - dostupná nastavení jsou: 1/50s, 1/120s, 1/250s, 1/500s, 1/1000s, 1/2000s, 1/5000s, 1/10000s a 1/12000s.

Y/C OUT
Alternativní video výstup (mini-DIN). Obrazová informace je poskytována dvěma obvody signálu: luminance (Y) a chrominance (C). Luminance představuje jas, chrominance nese informaci o barvě.

WB (White Balance) tato funkce pomáhá opravit obraz díky různým typům osvětlení; v nejjednodušší formě se jedná jen o switch IN (umělé osvětlení) - OUT (přirozené světlo). U vyspělejších kamer je možné nastavit jednotlivé této funkce. Pak také můžeme nalézt switch označený jako AWB/PWB. V poloze AWB je teplota barev nastavena automaticky. PWB poloha vypíná automatický režim a umožňuje manuální nastavení vyvážení bílé, obvykle s přídavným switchem nebo potenciometrem.

Příklad praktického řešení

Citlivost v pásmu infračerveného světla. Klasická černobílá kamera je citlivá na záření v rozsahu viditelném lidským okem (400 - 770 nm) a také na IR (infračervené) záření (770 - 850 nm).Avšak citlivost v infračerveném rozmezí je nižší, proto je použití těchto kamer pro infračervené pozorování omezeno.

Tento problém je částečně eliminován speciálními kamerami s maximální citlivostí přesunutou do infračerveného pásma, tj. 850nm - 1000nm. Tyto kamery se nazývají termální kamery (termální vidění) kamery, bohužel je jejich cena velmi vysoká.

Barevné kamery a noční monitorování. Barevné kamery nemají možnost sledování v infračerveném pásmu, a to kvůli vestavěnému infračervenému filtru eliminujícímu vliv tohoto záření na barevnou reprodukci.

Existují však také barevné kamery, které se po setmění automaticky přepínají do černobílého režimu. Přepnutí na monochromatický režim neznamená, že budou v infračerveném pásmu dále náležitě pracovat (stále mají vestavěný infračervený filtr).

Pokud chceme pro noční monitorování použít barevné kamery, pak musíme použít Denní/ Noční typ kamer. Tyto kamery nemají infračervený filtr "odstraňující" tento rozsah světla, jak je to u standardních barevných kamer. Například kamera n-cam 115 M11234 může pracovat také v noci (v úplné tmě - bez přítomného světla) s použitím vestavěného infračerveného iluminátoru. Tato konstrukce kamery (absence infračerveného filtru) má pár nevýhod. Při normálním světle (přítomný rozsah světla) má tato kamera občas problémy s vyvážením bílé - nezprostředkovává

Pokud infračervené světlo není vyžadováno, je přece jenom mnohem lepší použít klasické barevné kamery. Je pravda, že mají obvykle nižší citlivost, avšak nemají problémy s barvami. My navrhujeme použití u-cam 110 kód M1128.

Ideální řešení nabízejí kamery, ve kterých je infračervený filtr automaticky odstraněn (systém založený na servomechanismu atd.) - neobjevují se žádné problémy s barvou. Avšak musíme počítat s tím, že tento druh kamer může být několikrát dražší než kamery zmíněné výše. Také vyžadují použití vysoce kvalitních objektivů s vylepšeným ohniskem pro infračervené světlo.
Existuje ještě další řešení - dvě kamery v jednom krytu - černobílá a barevná. Vhodný kontrolér zapne správnou kameru, a to v závislosti na osvětlení.

Bezdrátová nebo pevně zapojená kamera. Bezdrátové kamery mají vestavěné vysílače pracující v 900, 1200, 1500, 2400 MHz pásmech, nebo někdy také při různých frekvencích. Obecně je použití bezdrátových kamer omezeno na neprofesionální aplikace. Hlavní nevýhodou tohoto řešení je citlivost na podmínky prostředí, hlavně na elektromagnetické šumy a rušení. Měli bychom si také pamatovat, že z důvodu omezené šířky pásma používaného bezdrátovými kamerami, můžeme v jednom systému zaměstnat pouze omezené množství těchto kamer. V mnoha zemích může tento druh provozu vyžadovat odpovídající licenci nebo oprávnění.

Tuto záležitost podrobně popisujeme v kapitole: Přenos obrazu..

Synchronizační problémy. Pohodlí při sledování obrazů, dané zvláště přepínáním krátkých časových úseků, poskytované kanálovým řadičem je značně sníženo synchronizací "hop", která se vyskytuje na monitoru. Je to způsobeno skutečností, že každá kamera, přestože generuje synchronizační signál na stejné frekvenci, má určitý fázový posuv. V případě, kdy má tento problém velký vliv na výkonnost instalace, stojí za to zvážit použití kamer s externí synchronizací z AC napájecí sítě, např. LTC0500 nebo LTC0600 společnosti Philips. Dodatečné nastavení fázového posuvu umožňuje dobrou synchronizaci dokonce i pokud jsou kamery napájeny z různých fází. Dalším řešením je připojení kamer s dalším vedením, přes které je přenášen synchronizační signál ke každému zařízení. Nejběžnějšími synchronizačními signály jsou: obrazový signál, impulz svislého vychylování, impulz vodorovného vychylování nebo kombinace těchto signálů.

Dodatečná synchronizace kamer je potřeba v případě rychlého přepínání

Problémy s uzemněním. Chyby ve vedení nulového napětí mohou způsobit závažnou ztrátu kvality, např. výskyt pásků pocházejících z bzučení napájecí sítě. Nulová napětí by měla být do zařízení jako video převodníky připojena společně. Neměla by být připojena pouze prostřednictvím kamer. Také je velmi důležité, aby bylo odděleno vedení nulového napětí a nulového signálu, tj. aby se předešlo použití jednotného vedení pro nulové napětí.

Pro odstranění různých druhů problémů spojených se zásobováním energií, je dobré použít SV-1000 M1711 oddělovač. Představuje doplňkové bezpečnostní zařízení v CCTV instalacích - pro kamery a jiná zařízení, které chrání proti atmosférickým výbojům, avšak také odstraňuje problémy s možnými rozdíly mezi zařízeními a zajišťuje je proti proudům procházejícím vedením nulového signálu.

Příklad použití SV-1000 oddělovače

Další věcí je uzemnění kovových krytů, které je povinné, pokud je kamera napájena pomocí AC 230V. Z důvodu rozdílů v napětí není přípustné, aby bylo vedení nulového signálu spojeno s krytem kamery, proto se navrhuje, aby byly použity kryty umožňující galvanické oddělení vedení nulového signálu (včetně vlastní konstrukce kamery) od externího pláště.

V případě použití topných těles bychom měli zvážit, z důvodu kvality a stability obrazu, napájení M5415 krytu (s ohřívačem) AC nebo DC neustáleným napětím, a také instalaci dodatečného usměrňovače a stabilizátoru pro napájení kamery do jejího krytu (např. M1815). Toto řešení umožňuje omezení skoků napětí způsobených zapínáním a vypínáním ohřívače.

Upevnění objektivu. Nejvíce používanými typy jsou C a CS. Hlavní rozdíl mezi nimi spočívá v různé vzdálenosti objektivu od povrchu snímače. Většina kamer a objektivů je vybavena CS montáží, která je universálnější - s použitím dodatečného vymezovacího kroužku je možné připevnit rovněž zařízení typu C. Opačná úprava není možná.

Vzduchotěsné kryty - normy. IPxy znaky definují odolnost krytů kamery vůči podmínkám vnějšího prostředí. x - je číslo představující mechanickou integritu a y - odolnost vůči vlhkosti. Kryty s dostatečně dobrou odolností vůči prachu a vlhkosti mají označení IP65 nebo IP66. Zcela vodovzdorné kryty mají označení IP67 nebo IP68. Většina kompaktních typů krytů kamer není vodotěsná.

Výběr kamer. V souladu s normou EN 50132-7 by výběrová kritéria měla brát ohled na následující faktory:

• Souprava kamery by měla splňovat funkční požadavky ve všech podmínkách prostředí;
• Měla by splňovat všechny bezpečnostní požadavky platné v dané zemi a specifické požadavky pro příslušnou aplikaci (např. v průmyslovém provozu)

Mezi hlavní body, které by měly být zváženy, když vybíráme CCTV kamery patří:

• vyvážení bílé u barevných kamer
• electronická clona - důležitá při proměnlivých světelných podmínkách
• dlouhý čas expozice - ve spojení s " násobením " okrajů pohybujících se objektů
• spektrální citlivost - ve spojení s typem osvětlení
• externí synchronizace
• záložní zdroj (zvláště u vzdálených míst).

Výběr optimálního druhu kamer vyžaduje uvážení mnoha faktorů, jako například: přírodní podmínky během všech období, velikosti objektů v zorném poli a další, výše jmenované. Výběr barevného nebo černobílého typu je spojen s použitím kamery. Detailnější informace poskytuje barevný obraz, jako umožňuje rozpoznat detaily, které jsou také snazší na zapamatování; rozdíly jsou rychleji znatelné a v některých případech je zobrazování barevného obrazu jediným způsobem jak odhadnout situaci. Nevýhodami barevných kamer jsou vyšší cena a nižší citlivost. Černobílý typ kamery bychom si měly zvolit, když nám stačí informace o vniknutí. Při nízkém světle, pouze černobílá kamera s vysokou citlivostí může zajistit pravé monitorovací kvality.

Stránky katalogu vybraných kamer.