Priemyslové CCTV kamery môžeme deliť podľa viacerých spôsobov.

CCTV kamera pozostáva z:

• optického snímača, ktorý prevádza svetlo na elektrický signál.
• objektív.
• sústava súčiastok spracujúcich elektrické signály.

Vysoká presnosť optického snímača, dobrý výber a kvalita objektívu sú základy dobrých výsledkov. CCTV kamera dokáže automaticky upravovať signál len v obmedzenej miere, a preto by sa schopnosť spracovávať obraz mala chápať len ako užitočný doplnok.

Optické snímače v kamerách sa vyrábajú v technológiách:

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

CCD
- optický snímač založený na princípe zhromažďovania elektrického náboja získaného dopadom svetla na každý snímač. Výroba týchto optických snímačov je nákladná a nedostupná pre všetkých výrobcov, napriek tomu že to boli prvé zariadenia.

CMOS
- optický snímač založený na technológií integrovaných obvodov, kde svetlo ovláda izolované tranzistory, ktoré fungujú ako jednotlivé snímače. Lacná technológia dostupná pre mnoho firiem. Spravil cenovú revolúciu, pretože optický snímač tvoril predtým 40% ceny kamery.

Vývoj CMOS snímačov prechádzal:

- miniaturizáciou mikro tranzistorov,- vybavením súčiastok mikroobjektívov, vlastným zosilovačom signálu APS (Active Pixel Sensor) a vlastným analógovo - digitálnym konvertorom.

V blízkej budúcnosti môžeme očakávať lepšie, pokročilejšie snímače vyrábané touto technológiou, takže nebude dôvod považovať ich za druhotriedne a lacné optické snímače.

V klasickom prípade sa signál získa zo snímača a potom je zosilnený a odoslaný na ďalšie spracovanie. Technologický pokrok vo fungovaní snímača zaznamenala DSP technológia.

DSP (Digital Signal Processing)
v tomto type optického snímača je každý svetlo citlivý pixel vybavený vlastným analógovo digitálnym konvertorom. Signál sa konvertuje do digitálnej formy - redukuje šum a dáva možnosť upravovať obraz na úrovni pixelov. Každý pixel môže byť zaznamenaný ešte pred tým ako dosiahne stav saturácie, čo minimalizuje riziko preexponovania. Porovnaním s klasickými kamerami sa objavujú nové možnosti ako: detekcia pohybu, nastaviteľné svetlo pozadia, diaľkové ovládanie cez RS-232, generátor mena, dátumu a času a OSD menu. Spravidla majú tieto kamery lepší kontrast, obyčajne majú funkciu, ktorá umožňuje redukovať efekt rozmazania pri svetlých bodoch (tento efekt vzniká keď pozorujeme obraz s veľmi svetlými bodmi, ktoré tvoria škvrnu). Najpokročilejšie DSP kamery dokážu detekovať, vyvážiť zmeny a spraviť elektronický zoom.

Pohľad na CCD snímač

CCD a CMOS kamery na trhu. V praxi CCTV inštalátorov sa najviac používajú kamery s CCD snímačom. CMOS kamery majú menšiu citlivosť a menšie rozlíšenie (okolo 300 TV riadkov). Vzhľadom na to, že CMOS technológia umožňuje menšie rozmery kamery, nachádzajú použitie v skrytom pozorovaní. Najčastejšie sa používajú v súkromných detektívnych kanceláriách a iných agentúrach.

CMOS kamera - veľkosť v porovnaní s mincou (1 grosz)

Veľkosť optického snímača. Geometrická veľkosť snímača, udávaná v palcoch. Môžeme nájsť kamery s veľkosťou snímača 1", 2/3", 1/2", 1/3", 1/4" a 1/6".

Citlivosť kamery.
Správne osvetlenie optického snímača je nenahraditeľné pre generovanie video signálu s dostatočným S/N pomerom (odstupom signálu od šumu). Toto je naj kontroverznejší a zmanipulovaný parameter kamier. Veľa výrobcov neinformuje o podmienkach, v ktorých bola meraná. Pri tomto meraní je dôležité, aby mala kamera vypnutú funkciu automatickej kontroly úrovne (AGC). Taktiež je potrebné udať či bolo svetlo merané na snímači alebo objekte a v ďalšom prípade - údaj odrazivosti objektu a F číslo objektívu.

Rozlíšenie
Tento parameter je schopnosť snímať malé detaily obrazu. Je udávaný v počte televíznych riadkov. Rozlíšenie je definované horizontálne aj vertikálne a je obmedzené skutočným počtom pixelov snímača. Neexistuje však priama závislosť. Rovnako ako pri monitoroch, je to vlastne schopnosť prenosu farebnej alebo čiernobielej informácie. Niektorý výrobcovia udávajú tento parameter namiesto skutočného počtu pixelov.

Vzhľadom na rozlíšenie CCTV kamery sa rozlišujú na:

- kamery s nízkym rozlíšením - okolo 240 - 380 TV riadkov (hlavne CMOS kamery),- kamery s normálnym rozlíšením - okolo 420 - 480 TV riadkov,- kamery s vysokým rozlíšením - okolo 600 TV riadkov.

Odstup signálu od šumu.
Tento parameter informuje o schopnosti kamery vytvárať obraz s potrebnou kvalitou. Nepriamo súvisí s citlivosťou a je vyjadrený v dB (s vypnutou funkciou AGC).

Pracovná teplota.
Rozsah teplôt, v ktorých dokáže kamera správne pracovať pri udávaných parametroch. Väčšinou od 10 do 45 °C. Pre udržanie dobrých podmienok na správne fungovanie kamery sa používajú prídavné zariadenia: ohrievače, ventilátory vzduchotesné púzdra a iné prostriedky.

Pre určitú veľkosť snímača musí byť namontovaný aj správny objektív. Vo všeobecnosti platí, že čím väčší optický snímač, tým lepšia je kvalita obrazu. Je to zapríčinené väčšou plochou svetlocitlivých prvkov na snímači (pixelov). Avšak vo veľa prípadoch je potrebná miniaturizácia kamery. V súčastnosti 1/4" snímač stačí na získanie dostatočnej kvality obrazu. Je dôležité si zapamätať, že snímač konkrétnej veľkosti potrebuje objektív rovnakého (alebo väčšieho) formátu. Napríklad, 1/2" snímač dokáže pracovať s 1/2" objektívom, alebo väčším, napríklad 1".

Napájanie je typicky realizované cez externý 12V DC zdroj, prúd sa pohybuje v rozmedzí 100mA and 250mA. Niekedy môžeme vidieť kamery pracujúce pod 5V napätím, alebo so vstavaným zdrojom. V prípadoch keď je kamera vybavená objektívom s automatickou clonou (Auto IRIS), treba ku spotrebe prirátať energiu potrebnú pre tento objektív, väčšinou to nieje viac ako 40-80 mA. V prípade použitia dlhých káblov s nízkym prierezom sa objavuje úbytok napätia. Vtedy stojí za to použiť napájacie zdroje s úpravou výstupného napätia napr. M1828. Existujú tiež kamery napájané s 24V AC, alebo 230V AC zdrojmi.

Popri zabezpečení vhodnej hodnoty napätia, je dôležitý výber zdrojov napájania - zväčša majú kapacitu 250mA do 2.5A. V špeciálnych prípadoch, vo veľkých inštaláciách sa používajú napájania s väčšou kapacitou. V dnešných časoch sa CCTV zariadenia čoraz častejšie zapájajú do záložných zdrojov - obľúbených ako UPS. Je to veľmi dôležitý prvok, často inštalatérmi vynechávaní. Použitie UPS sa odporúča vo všetkých inštaláciách: hlavne na "PC založených" zariadeniach (napr. autonómne DVR, DVR založené na video kartách v PC atď). Tieto zariadenia sú veľmi citlivé na akékoľvek narušenie elektriky, zahŕňajúce napäťové špičky alebo chvíľkové straty napájania. Použitie UPS môže značne zvýšiť stabilitu, spoľahlivosť a úroveň zabezpečenia celého monitorovacieho systému.

Odporúča sa používanie regulovateľných napájacích zdrojov napr. M1828

Obzvlášť dôležitý je výber vhodného napájania pre bezdrôtové kamery, nesprávny výber zdroja je často hlavnou príčinou nefungovania celého systému.

Prepojenie medzi kamerou a monitorom môže byť na vzdialenosť 100 - 600 metrov s použitím 75ohmového koaxiálneho kábla. Konkrétna maximálna vzdialenosť závisí aj od kvality kábla - 600m vzdialenosť sa dá dosiahnuť medeným káblom TRISET-113 E1015_500.

V závislosti od kábla, nad 100 - 600 m sa odporúča používať zosilňovač signálu M1840. Dôležité je vedieť, že farebné kamery sú citlivejšie k tzv. "limitu napínania kábla" - prvým príznakom je zníženie saturácie obrazu.

Krútené-páry sú odporúčané pre vzdialenosti od 10 - 70 metrov. Je možné prenášať video signály aj na dlhšie vzdialenosti, až do 400 metrov - použitím prídavných zariadení - video transformátorov M16651, M16652, M1667, alebo aj do 1600 m - použitím M1668.

Vo všeobecnosti, dobrý koaxiálny kábel je odolnejší voči interferenciám. Krútený pár by sa mal používať len ak je to nevyhnutné, alebo keď je už pred inštalovaná kabeláž a nemôže byť rozšírená o koaxiálny kábel.

Video signálny transformátor TR-1Q M16651

Ovládacie prvky v kamerách.
Nastavenie je dostupné v lepších kamerách a umožňuje nastaviť parametre okolitým podmienkam. Vďaka nastaveniam, môže vzniknúť kvalitný obraz aj napriek zlým svetelným podmienkam. Jednoduché, kompaktné kamery bez akýchkoľvek nastavení sú použiteľné v relatívne nemeniacich sa svetelných podmienkach a s obmedzenou hĺbkou ostrosti.

AUTOMATIKA V CCTV KAMERÁCH

Elektronická clona
EAI alebo EI je, jednoducho povedané, automatické nastavenie citlivosti podľa svetelných podmienok. EAI je použiteľná v podmienkach s malými zmenami osvetlenia. (napr. miestnosti). Výhoda elektronickej clony je v možnosti použiť lacne objektívy s pevnou alebo ručne nastaviteľnou clonou.

Automatická clona (AUTO IRIS - AI) je funkcia kamery umožňujúca ovládať špeciálne druhy objektívov; dovoľuje prepúšťať na optický snímač rovnaké množstvo svetla bez ohľadu na svetelné podmienky. Elektronická uzávierka môže byť nastavená na 1/50s, a objektív s AI sa otvára a zatvára podľa intenzity svetla. Kamery a objektív s AI sa dá používať v podmienkach s veľkou zmenou svetla, kde by boli jednoduché kamery nepoužiteľné.

Kamery s AI funkciou sú vybavené špeciálnym výstupe na ovládanie AI objektív. Objektív otvára a zatvára clonu v závislosti od výstupného signálu tak aby bolo množstvo svetla dopadajúce na snímač konštantné. Taktiež pomáha udržiavať dobrý kontrast pozorovanej scény.

Ovládanie AI objektívov môže byť dvoma spôsobmi:

• Video - IRIS: ovládanie signálom úmerným od osvetlenia. Kamera generuje signál do zosilňovača, ktorý ovláda motor v objektíve a ten otvára a zatvára clonu.
Objektív s Video-AI má dva potenciometre:
• Level: nastavuje sa ním jas, ktorý sa ma udržiavať,
• ALC: nastavuje sa reakčný čas pri zmene osvetlenia.
• Režim reakcie sa môže meniť z voľby označenej ako PK alebo P (Peak) do hodnoty A or AV (Average); v prvom prípade reaguje podľa najsvetlejšieho bodu v obraze, v druhom prípade podľa priemeru celého obrazu. Úroveň jasu je nastaviteľná z pozície označenej ako H (High) po L (Low).
• DC IRIS: objektív je ovládaný priamym signálom. Kamera má výstupný signál priamo ovládajúci DC-IRIS objektív, ktorý otvára a zatvára clonu.
V prípade DC-AI objektívov, sú obidva potenciometre vnútri kamery. DC objektívy sú lacnejšie, a je potrebné dopredu overiť či má kamera ovládanie na ich použitie.

AES (Automatic Electronic Shutter) - Automatická elektronická uzávierka nastavuje čas otvorenia podľa intenzity svetla dopadajúceho na snímač, v rozmedzí 1.50s to 1/100000s. V niektorých lepších kamerách, môžeme nájsť ručné nastavenie uzávierky. Mali by sme pamätať na to, že dlhšia expozícia síce zvyšuje citlivosť kamery, ale znižuje obnovovaciu frekvenciu obrazu - objavuje sa časové oneskorenie a tzv. "duchovia".

Niektoré ďalšie automatické funkcie:

AGC (Automatic Gain Control) - Automatická regulácia zisku stabilizuje výstupnú úroveň signálu a zlepšuje S/N pomer; obraz je čistejší, ale menej prirodzený. Vypnutie tejto funkcie má za následok prirodzenejší obraz, ale aj viac šumu.

BACKLIGHT - automatická regulácia intenzity svetla za pozorovaným objektom.

BLC (Back Light Compensation) - funkcia umožňujúca upraviť kvalitu preexponovaných snímkov, zapína sa keď je 50% strednej časti optického snímača preexponovaná.

ECLIPSE - (Peak White Inversion) pomáha zakryť preexponované časti obrazu; podobná predchádzajúcej funkcii, tiež pomáha zlepšiť jas obrazu.

FLON - funkcia odstraňujúca blikanie.

GAIN - nastavenie reakčného času clony na zmeny svetla.

L.L./INT- prepínač (používaný v kamerách s AC napájaním) umožňuje synchronizáciu s rozvodnou sieťou alebo z vnútorného kamerového okruhu.

MES (manuálna elektronická uzávierka) - dostupné nastavenia sú: 1/50s, 1/120s, 1/250s, 1/500s, 1/1000s, 1/2000s, 1/5000s, 1/10000s a 1/12000s.

Y/C OUT
Alternatívny video výstup (mini-DIN). Video informácie sa prenášajú v dvoch zložkách: jas-nosná (Y) a farbo-nosná (C). Jas-nosná nesie informácie o jase, farbonosná prenáša informácie o farbe.

WB (White Balance) táto funkcia upravuje obraz podľa rozličného typu osvetlenia, v jednoduchom prípade ja zapnutý IN (umelé svetlo) - OUT (prirodzené svetlo). V zložitejších kamerách sa dajú nastaviť jednotlivé funkcie. Môžeme nájsť tiež ovládač označený AWB/PWB. Na pozícii AWB, sa teplota farby nastavuje automaticky. PWB pozícia vypína automatický režim a umožňuje nastaviť vyváženie bielej ručne, väčšinou s ďalším prepínačom alebo potenciometrom.

Príklady riešení z praxe

Citlivosť v infračervenom spektre. Č/B kamery sú väčšinou citlivé v spektre viditeľnom pre ľudské oko (400 - 770 nm) a tiež v žiarení IR spektra (770 - 850 nm). Avšak citlivosť v IR spektre je nižšia a preto je používanie kamier v týchto podmienkach obmedzené.

Tento problém čiastočne riešia špeciálne kamery s maximálnou citlivosťou posunutou do infračerveného rozsahu t.j. 850nm - 1000nm. Tieto kamery sa volajú termálne kamery, naneštastie ich cena je dosť vysoká.

Farebné kamery a nočné pozorovanie. Farebné kamery nemajú možnosť pozorovania v IR, kvôli IR filtru, ktorý eliminuje vplyv IR žiarenia na reprodukciu farieb.

Preto sú farebné kamery, ktoré sa za súmraku automaticky prepínajú do Č/B režimu. Prepnutie do čiernobieleho snímania neznamená, že dokážu správne fungovať v IR (stále majú zabudovaný IR filter)

Keď chceme používať farebné kamery na nočné pozorovanie, musíme použiť Day/ Night kamery. Tieto kamery nemajú IR filter odstraňujúci túto časť svetla, ako normálne farebné kamery. Napríklad kamera n-cam 115 M11234 dokáže pracovať v noci (v úplnej tme - bez viditeľného svetla) pretože má vstavaný IR žiarič. Táto konštrukcia kamery (bez IR filtra) má predsa len nevýhodu. Pri normálnom svetle (viditeľnom) má niekedy problémy s vyvážením bielej - nereprodukuje správne farby, napr. čiernu farbu obyčajne "vidí" ako tmavomodrú atď. Efekt je viditeľný hlavne pri používaní vonku, kde je slnečné svetlo (ako vieme - obsahujúce IR zložku) prevládajúce. Toto správanie kamery môže byť inštalatérmi označené ako nesprávne fungujúce zariadenie. Vnútri, kde je viacej druhov osvetlenia (žiarovky, žiarivky) nieje tento efekt taký viditeľný.

Tam kde sa nepoužíva IR prisvietenie, je vždy lepšie používať klasickú farebnú kameru. Prirodzene majú menšiu citlivosť, ale nemajú problémy s farbami. Odporúčame používať u-cam 110 s kódom M1128.

Ideálne riešenie je použitie kamier, ktorých IR filter sa automaticky odstráni (systém založený na servomechanizmoch) - pri nich nie sú žiadne problémy s farbami. Avšak ako môžeme čakať, tieto kamery sú niekoľko krát drahšie ako tie popísané vyššie. Tiež potrebujú kvalitné objektívy so zameraním na IR svetlo. Existuje ešte jedna možnosť - dve kamery v jednom kryte - Č/B a farebná. Vhodný ovládač potom zapína správnu kamery vzhľadom na osvetlenie.

Bezdrôtové a drôtové kamery. Bezdrôtové kamery majú vstavaný vysielač pracujúci v rozsahu 900, 1200, 1500, 2400 MHz, niekedy aj v iných frekvenciách. Väčšinou je použitie bezdrôtových kamier obmedzené na neprofesionálne aplikácie. Hlavná nevýhoda tohto riešenia je v citlivosti na prírodné podmienky, hlavne elektromagnetické šumy a interferencie. Je potrebné poznamenať, že vzhľadom na obmedzenú šírku pásma kamier, môže pracovať v jednom systéme len určitý počet kamier. Vo veľa krajinách tento druh potrebuje ďalšie licencie a autorizácie.

Túto záležitosť detailne popisujeme v kapitole: Video prenos..

Problémy so synchronizáciou. Kvalita pozorovania obrazu kanálovým prepínačom môže byť znížená, (hlavne prepínaním v krátkych intervaloch) synchronizačnými "skokmi" objavujúcimi sa na monitore. Je to spôsobené tým, že každá kamera, generujúca synchronizačné impulzy rovnakej frekvencie má fázový posun. V situáciách keď má tento problém veľký vplyv na výkonnosť inštalácie, stojí za to zvážiť použitie kamier s externou synchronizáciou z AC elektrickej siete, napr. LTC0500 alebo LTC0600 od Philips-u. Prídavné nastavenie posunu dovoľuje synchronizáciu aj keď je kamera napájaná z rozdielnych fáz. Ďalšie riešenie je spojiť kamery dodatočným káblom, ktorý prenáša synchronizačný signál každému zariadeniu. Najpoužívanejšie typy signálov sú: video signály, vertikálne impulzy, horizontálne impulzy alebo kombinácia týchto signálov.

Dodatočná synchronizácia kamier je potrebná pri rýchlom prepínaní.

Problémy s uzemnením. Chyby vo vedení nulového napájania môžu viesť k strate kvality, napr. objavenie sa pruhov pochádzajúcich zo šumu v napájacej sieti. Nulové vedenie by malo byť pospájané v zariadeniach ako video meniče. Nemali by byť prepojené priamo s kamerami. Tiež je veľmi dôležité oddeliť vedenie nulového napájania a signálu tzn. zabránenie použitie jedného napájacieho drôtu.

Pre elimináciu akýchkoľvek problémov spojených s napájaním, je dobré zapojiť oddeľovač SV-1000 M1711. Je chápaný ako ďalší bezpečnostný prvok v CCTV inštaláciách - pre kamery a ďalšie zariadenia, ktoré chráni pred atmosférickým výbojom, a tiež odstraňuje problém s potenciálnym rozdielom v zariadeniach a chráni ich pred prúdmi v nulovom vedení.

Príklad použitia oddeľovača SV-1000

Ďalšia vec je uzemnenie kovových krytov, ktoré je nutné ak je kamera napájaná s AC 230V. Dôvod je v rozdieloch napätia, nieje prijateľné pripojiť nulový signál s krytom kamery, preto je odporúčané používať kryty umožňujúce galvanické oddelenie nulových vodičov (vrátane vlastného kamerového krytu) z externého krytu.

Uchytenie objektívov. Najpoužívanejšie sú C a CS. Základný rozdiel je v rozdielnej vzdialenosti objektívu od optického snímača. Väčšina kamier je vybavená CS uchytením, ktorý je univerzálnejší - použitím prídavného adaptéru je možné nainštalovať aj C-typ. Opačný prípad nie je možný.

Kryty - normy. Označenie IPxy označuje odolnosť krytu voči podmienkam okolia. Číslo X definuje mechanickú odolnosť, y - odolnosť na vlhkosť. Kryty s dobrou odolnosťou voči prachu a vlhkosti sú označené IP65 alebo IP66. Úplne vode-odolné kryty majú označenie IP67 alebo IP68. Väčšina kompaktných typov krytov kamier nie sú vode odolné.

Výber kamier. Vzhľadom na normu EN 50132-7, kritéria výberu musia vziať do úvahy nasledujúce:

• kamerový set by mal spĺňať funkčné požiadavky vo všetkých požadovaných podmienkach okolia;
• mal by spĺňať všetky bezpečnostné požiadavky krajiny a požiadavky typické pre určité inštalácie (napr. výrobný podnik)

Body na, ktoré by sme sa mali zamerať pri výbere CCTV kamier:

- vyváženie bielej pri farebných kamerách;- elektronická clona - dôležitá v meniacich sa svetelných podmienkach;- dlhé expozičné časy - v spojení s viacnásobným prekrytím pohybujúcich sa objektov;- spektrálna citlivosť - v spojení s typom osvetlenia;- externá synchronizácia;- záložné napájanie (hlavne vo vzdialených miestach).

Katalógové stránky vybraných kamier.