PTZ камеры видеонаблюдения — принцип работы, преимущества
При организации наблюдения внутри достаточно большого объекта, контроля за прилегающей территории — всегда стоит задача отслеживания проникновения или мониторинга происходящего на значительной площади.
Решением может стать установка нескольких камер. Однако такой шаг повлечет за собой удорожание системы и необходимость контролировать и записывать множество видеопотоков. Гораздо привлекательнее для решения мониторинга большой площади выглядит PTZ камера.
Принцип работы PTZ камер
PTZ камеры видеонаблюдения — это технически сложное устройство, в котором реализовано сразу несколько механик, необходимых для слежения за объектами на большой площади.
Краткий список конструктивных узлов можно описать так:
Говоря простыми словами, PTZ камеры по сигналу управления может нацелиться на указанную точку, провести фокусировку (в том числе автоматическую) для формирования четкого изображения, по желанию оператора или головного устройства провести масштабирование (зум, в том числе цифровой).
Современные модели предлагают гораздо больше. Например, встроенное управление PTZ камерами видеонаблюдения может включать реагирование и фиксацию обзора на движущемся объекте, следование за нарушителем периметра, определение дальности для последующей настройки четкости картинки.
Конструктивные особенности и технические характеристики камер
Выбор модели должен делаться с позиции будущих условий ее эксплуатации. Сегодня на рынке представлено несколько разновидностей камер.
Хотя основной список конструкционных значимых узлов у них одинаков, устройства различаются по ряду параметров.
Верх технологического совершенства — это купольные PTZ камеры уличного типа. Они отличаются скоростным приводом, наличием мощной ИК подсветки, умными технологиями автоматизированного управления и реагирования.
К другим конструктивным особенностям отдельных изделий может относиться оснащение для осуществления дополнительных функций.
В зависимости от стоящих перед видеонаблюдением задач — можно остановить выбор на той или иной модели с нужным уровнем надежности, защиты и функционала.
Настройка и подготовка к работе
Настройка камеры — это не только установка параметров работы с нею в видеорегистраторе или ином головном устройстве.
PTZ камера только тогда покажет весь свой потенциал, когда:
Для правильного выбора места монтажа — рекомендуется получить консультации или заказать услуги специалистов.
Программная настройка камеры зависит от типа головного устройства, но в общих терминах может быть описана так:
В обязательные пункты настройки PTZ камеры входит задание IP адреса для цифровых устройств. Также, сегодня на рынке легко приобрести модели, предлагающие удаленный доступ через интернет, поддерживающие стандартные протоколы авторизации, оборудованные собственными трансмиттерами беспроводной связи.
Для таких устройств может потребоваться указать имя точки доступа, регистрироваться в облачных сервисах. Чтобы провести корректную настройку — рекомендуется следовать указаниям производителя.
Преимущества и недостатки
PTZ камеры видеонаблюдения должны оцениваться комплексно, в привязке к задаче, для решения которой их можно использовать.
В отдельных случаях — минусы устройств данного класса не играют никакой роли, на первую позицию выходят преимущества.
Аналогично, если обращать внимание только на плюсы и не полностью использовать предлагаемые возможности — минусы могут свести на нет всю полезность системы PTZ видеонаблюдения.
Камеры рассматриваемого класса имеют преимущества:
При правильном проектировании системы наблюдения — PTZ устройства способны показать снижение расходов, заменяя сразу несколько стационарных моделей.
Однако такие технические средства имеют и недостатки:
Минусы роботизированных камер — понятны и достаточно ожидаемые. Поэтому при правильном проектировании систем видеонаблюдения и трезвой оценке возможностей, они не играют важной роли.
Заключение
Роботизированные PTZ камеры еще недавно были дорогой роскошью.
Однако благодаря техническому прогрессу, множество конструкционных решений показали резкое снижение цены и как следствие — умные, автоматические устройства стали доступны и среднестатистическому массовому потребителю.
При правильном проектировании системы видеонаблюдения — PTZ камеры способны реализовать весь свой положительный потенциал.
Видео: Настройка поворотной PTZ камеры видеонаблюдения
PTZ-камера
PTZ-камера — это камера оснащённая системой приводов для поворота, наклона и зумирования. Под управлением встроенного контроллера она направляется на заданные объекты. Навести камеру можно вручную, при помощи пульта дистанционного управления, а также воспользоваться аппаратной или программной системой наведения.
Как сделать общение по видеосвязи достаточно комфортным, чтобы участники воспринимали его как живое? Добиться такого эффекта можно, если камера будет захватывать не только общий план комнаты, но и конкретного участника. Переходы между сценами должны быть быстрыми и плавными, чтобы общение не вызывало дискомфорта и не отвлекало участников от обсуждения рабочих вопросов. Для этого лучше использовать PTZ-камеру.
Содержание
Устройство PTZ-камеры
Название произошло от аббревиатуры Pan (панорама) Tilt (наклон) Zoom (зум). Этих трёх параметров достаточно, чтобы направлять камеру на объекты или людей. Это делается при помощи миниатюрных электромоторов. PTZ-камеру можно условно разделить на следующие части:
Разберем камеру и посмотрим как она устроена
Чтобы лучше понять как работает PTZ-камера давайте рассмотрим её устройство.
Как правило корпус PTZ-камеры сделан из пластика или металла с достаточно широким и устойчивым основанием. На лицевой панели располагаются ИК-приемник для дистанционного управления, а сзади — интерфейсные разъемы. PTZ-камера имеет небольшую массу и её достаточно легко закрепить на любую поверхность, будь-то потолок или стена из гипсокартона.
Движения камере обеспечивают шаговые моторы — по одному на каждую ось.
На подвижной платформе камеры расположены две полые стойки, между которыми закреплена камера, внутри одной из стоек располагается приводной механизм, он меняет угол наклона.
Немного ниже мы видим оптический датчик. Это концевой выключатель, он необходим для определения позиции камеры после включения.
При включении камеры объектив наклоняется вниз до момента, когда специальный шип прерывает поток света в оптическом датчике, это сигнал что объектив находится в самом низу и берет это положение за точку отсчета. Далее угол наклона изменяется простым подсчетом шагов мотора от крайней нижней точки.
Аналогично устроен механизм поворота влево-вправо, у него так же есть концевой выключатель для определения точки отсчета горизонтальной позиции камеры.
Сопрягаемый фланец неподвижен, а в центре находится 2 кабеля: силовой для управления моторами и шлейф цифровой матрицы.
Мощные шаговые моторы, используемые для наведения PTZ-камеры, обеспечивают быстрое и точное позиционирование на выступающих. Ременные передачи снижают уровень шума.
Рекомендуем ознакомиться с видеороликом снятым на производстве PTZ-камер.Производитель? с которым мы сотрудничаем больше 5 лет, поделился с нами эксклюзивным материалом. Из этого видео вы узнаете как выглядят производственные процессы и как тестируются камеры перед выходом на рынок.
Области применения
Благодаря системе наведения PTZ-камеры получили широкое применение в видеоконференцсвязи и системах видеонаблюдения. Применив совместно оптический и цифровой зум PTZ-камеры можно получить детальное изображение удаленных объектов. Как правило показатель оптического увеличения PTZ-камеры колеблется в диапазоне 10..22х, а цифрового — 10..18х.
Где купить?
Купить PTZ-камеры для видеоконференций в интернет-магазине Unitsolutions:
PTZ-камеры для видеоконференцсвязи
В конференц-зале одна PTZ-камера справляется как с крупными планами, так и с портретной съёмкой участников конференции, не меняя при этом своего расположения. Если с одной камеры не удается получить все необходимые ракурсы, то добавляют ещё несколько конференц-камер совместно с программной или аппаратной системой управления камерами.
PTZ-камеры, применяемые в видеоконференциях часто называют конференц-камерами. Они оснащаются высококачественной оптикой и матрицами для обеспечения Full HD и Ultra HD качества изображения, а также богатым набором интерфейсов для поддержки различных способов управления.
Управление
Система управления показывает выступающего участника конференции. Определение происходит либо по нажатию клавиши на микрофонном пульте либо автоматически определяется источник звука. Таким образом достигается эффект живого общения.
В данной статье подробно рассмотрены варианты автоматизации наведения конференц-камер, рекомендуем ознакомиться.
Рекомендации по выбору
Выбирая PTZ-камеру для конференций следует обратить внимание на разрешение матрицы: 720p, 1080p или 4K. Разрешение должно поддерживаться вашим сервером видеоконференций. Помимо этого, должны совпадать управляющие интерфейсы PTZ-камеры, например RS232, RS485 или USB.
Исходя из габаритов и конфигурации помещения конференц-зала следует выбрать величину оптического зума и угла обзора. Чтобы определиться с оптимальным решением стоит воспользоваться помощью специалиста по интеграции AV-оборудования.
Рекомендуем к просмотру сравнительный обзор нескольких популярных моделей PTZ-камер.
Менеджеры UnitSolutions.ru помогут выбрать и купить PTZ-камеру основываясь на богатом опыте оснащения конференц-залов самых различных конфигураций.
Системы видеонаблюдения
В охранных системах основным критерием является надёжность и защищённость PTZ-камеры. Поэтому все элементы скрыты корпусом устройства, а съемка ведётся через прозрачный купол. Из-за этой конструктивной особенности их часто называют купольные камеры или купольные поворотные камеры. Герметичный и прочный корпус PTZ-камеры позволяет использовать её на улице, а для того, чтобы сохранить работоспособность электронных и оптических узлов в зимнее время уличные PTZ-камеры оснащаются системой обогрева. Это стоит учесть при выборе купольной камеры.
Еще одна отличная от конференц-камер черта — наличие ИК подсветки для съёмки. Этот свет находится вне видимого спектра и не привлекает внимания к камере, однако позволяет получить качественное изображение в тёмное время суток.
PTZ-камеры для видеонаблюдения не так унифицированы в оснащении интерфейсами как PTZ-камеры для видеоконференций, и выпускаются для конкретных условий эксплуатации. Например, купольные сетевые камеры имеют только сетевой интерфейс, по которому камера получает питание (PoE—Power over Ethernet), передает видео и управляется. Помимо этого, изображение с такой камеры можно просматривать через интернет из любой точки мира. Если нет возможности провести кабели для видеонаблюдения—применяются PTZ WiFi камеры.
Управление
В основе системы автоматического наведения PTZ-камер видеонаблюдения изменение изображения, а не звука, как в PTZ-камерах для видеоконференций. Купольные камеры видеонаблюдения могут активироваться и следить за движением в кадре или патрулировать периметр по заданной траектории движения.
Рекомендации по выбору
Выбирать купольную камеру гораздо проще, чем PTZ-камеру для видеоконференций, поскольку исходить нужно из условий эксплуатации и совместимости с другим оборудованием. Важно учесть освещённость наблюдаемого участка, температуру окружающей среды, способ монтажа и подключение купольной камеры к системе видеонаблюдения.
Что такое PTZ-камера?
Опубликовано Максим Пода
PTZ-камера — это роботизированное устройство со встроенным электромеханическим приводом, который позволяет дистанционно управлять направлением взгляда объектива. PTZ-камера может поворачиваться в горизонтальной плоскости, наклоняться вертикально и увеличивать масштаб объекта без потери качества изображения, благодаря оптическому зуму. Камерой можно управлять в ручном и автоматическом режиме наведения.
Аббревиатура «PTZ» образована из английских слов, обозначающих основные функциональные особенности:
*В данных системах шаговые двигатели отвечают за поворот и наклон, а за приближение — оптический трансфокатор (вариообъектив с переменным фокусным расстоянием).
Где применяют PTZ-камеры
Благодаря поворотным механизмам, наличию оптического зума и широкому углу обзора, PTZ-камеры нашли широкое применение во многих сферах:
Основные характеристики PTZ-камер
* Наиболее распространенное разрешение покрывающее широкий спектр задач: Full HD (1080p) — 1920×1080 (2 Мп) или 4K Ultra HD (2160p) — 3840×2160 (8 Мп).
Управление камерой и передача видеопотока
Дистанционное управление наведением может производиться в нескольких режимах:
Управление PTZ-камерой, на примере пульта управления PTZ-камерами CleverMic C700
Управление основными функциями может осуществляться через интерфейсы стандартов: RS-232, RS485, RS422, USB, через LAN сети по IP. Cуществуют комбинированные стандарты передачи видеопотока, питания (Power over Ethernet — PoE) и управления по Ethernet кабелю: ONVIF, HDBaseT, NDI, SDVoE. PTZ-камеры управление и передача видеопотока в которых реализованы в цифровом формате по сети Ethernet, могут также называть — IP-камерами. Видео может передаваться и более привычным образом, по отдельному кабелю: DVI, USB, HDMI, SDI.
Где купить?
Купить PTZ-камеры для видеоконференций можно в интернет-магазине UnitSolutions. Менеджеры помогут выбрать и купить поворотную камеру основываясь на богатом опыте оснащения конференц-залов самых различных конфигураций.
Если у вас есть вопросы, нужна консультация касательно выбора оборудования или установки, специалисты Unitsolutions помогут подобрать решение для ваших задач.
Интеллектуализация купольной поворотной камеры: автоматическое патрулирование, выбор целей и слежение
Автоматизация системы управления купольной поворотной камеры (PTZ-камеры) – интересная и актуальная задача. По мере концентрации ситуационных центров и внедрения видеоаналитики возникает потребность в интеллектуальных алгоритмах, позволяющих не только анализировать видео со стационарных (неподвижных) камер, но и наводить роботизированную камеру на цель без участия оператора. Задержка, вносимая цифровой подсистемой кодирования и декодирования видео, ограничивает возможности дистанционного слежения за целью при помощи поворотной камеры и усиливает необходимость локальной автоматизации слежения. Наш пост Хабру содержит обзор основных задач по интеллектуализации PTZ-камер, подходов к их решению и предложений на рынке.
 |  |
| Рис. 1. Экспериментальная установка для автономного PTZ-слежения: видеоаналитическое устройство MagicBox, PTZ-камера Pelco и обзорная камера CNB. | Рис. 2.Предпозиции PTZ-камеры, управляемые зональным детектором движения. |
Задачи автоматизации
Рассмотрим основные задачи, решаемые при автоматизации системы управления PTZ-камерой:
1. Автоматическое патрулирование
В рамках функции патрулирования, PTZ-камера циклически «обходит» предпозиции наблюдения, заданные оператором, останавливается в каждой позиции на заданное время и транслирует видео с выбранным увеличением. Данная функция является стандартной и встроена практически во все модели купольных поворотных камер. Преимуществом патрулирования по предпозициям является возможность охватить большую территорию и получить изображения в каждой позиции с хорошей детализацией. Недостатки функции – наличие слепой зоны во всех позициях кроме текущей и постоянное изменение фона сцены, что затрудняет анализ видео аналитикой и оператором. В режиме патрулирования сложно распознать медленные изменения сцены за короткий интервал нахождения камеры в каждой позиции. Если оператор направляет камеру в некоторую позицию, то события, происходящие в других позициях, не регистрируются в видеоархив.
Перечисленные недостатки могут быть устранены установкой обзорных неподвижных камер, полностью закрывающих охраняемую территорию. Тогда PTZ-камера используется исключительно для получения детализированного изображения целей, обнаруживаемых при помощи обзорных камер. Так же увеличивается срок службы PTZ-камеры за счет того, что уменьшается ее механическая нагрузка.
2. Автоматический выбор цели для PTZ-слежения
Источниками сигнала для автоматического выбора цели могу быть: а) обзорная неподвижная камера, используемая параллельно с купольной; б) купольная камера в режиме патрулирования; в) другие сенсоры, например, радиоволновые или вибрационные датчики периметральной системы. Видеосигнал с телевизионной или тепловизионной камеры обрабатывается видеоаналитикой, которая детектирует цели и определяет их местонахождения для наведения PTZ-камеры без участия оператора. Пример установки, реализуемый данных подход представлен на рис. 1. Если используется несколько обзорных камер с перекрывающимися зонами действия, то желательно многоканальная (мнокамерной) видеоаналитика. Особенно важна многоканальная видеоаналитика при частом появлении целей. Повторное детектирование цели каждой камерой будет приводить к неэффективному использованию PTZ-камер и срывам слежения, что затруднит ретроспективный анализ архива.
3. Автоматическая расстановка приоритетов для детализации и слежения
В случае, когда в поле зрения системы наблюдения находится несколько целей, а число PTZ-камер ограничено, требуется распределять задачи между PTZ-камерами оптимальным образом с точки зрения их важности. Алгоритм может вычислять приоритет цели с учетом нескольких критериев, таких как: а) местонахождения цели (близость к охраняемому рубежу или наиболее важному объекту); б) время слежения за объектом (например, каждая цель может должна сопровождаться PTZ-камерой не менее 10 секунд, после чего возможно переключение на другую цель); в) классификации поведения человека (например, поведение «праздношатание в зоне» может иметь более высокий приоритет, чем «вход в зону»). Все найденные цели ставятся в приоритезированную очередь для последующей обработки интеллектуальной системой видеонаблюдения.
4. Автоматический выбор PTZ-камеры
Алгоритм должен забирать цели из приоритезированной очереди в порядке их важности и распределять цели между доступными PTZ-камерами с учетом взаимного расположения целей и доступных камер. В работу алгоритма может вмешаться оператор, подающий команды на PTZ-камеру с помощью джойстика или программного интерфейса (рис. 4). В этом случае, алгоритм должен задействовать другие PTZ-камеры для слежения за целями, оставшимися без внимания оператора. На сложных объектах необходимо применение трехмерных моделей охраняемого объекта и зон действия камер.
5. Автоматическое наведение PTZ-камеры
В простейшем случае, алгоритм наведения может быть реализован при помощи многозонного детектора движения обзорной камеры: кадр разбивается на множество зон, каждая из которых ассоциируются с препозициями PTZ-камеры. При срабатывании детектора движения в зоне (рис. 2), PTZ-камера переводится в соответствующую предпозицию (риc. 4). Чем больше зон задается при настройке, тем большее увеличение можно получить на PTZ-камере. Недостатком данного подхода являются неустойчивая работа при наличии нескольких целей и ограничения точности наведения, связанными с выбранными предпозициями PTZ-камеры.
На объекте с большим пространством наблюдения и большим числом камер рекомендуется аналитическое преобразование координат обзорной камеры в систему координаты поворотной камеры без разделения кадров на зоны (рис. 3,4).
Более качественное наведение может быть получено при помощи профессиональной видеоаналитики. Связь обзорной и управляемой камерой устанавливается через глобальную систему координат реального мира, к которой привязываются все камеры. Точность преобразования из двумерной системы координат кадра в трехмерное пространство реального мира ограничивает приближение PTZ-камеры, т.к. в случае ошибки преобразования, на сильном увеличении объект может оказаться вне поля зрения. Поэтому особенные требования предъявляются к видеоаналитики обзорной камеры: необходима качественная локализация (сегментирование) цели и качественная калибровка для связи его координат с поворотной камерой.
6. Автоматическое слежение за целью
После того как PTZ-камера наведена на цель, желательно применение алгоритмов слежения для отображения и записи целостного фрагмента видео цели, сопровождаемой PTZ-камерой. В процессе настройки алгоритма слежения приходиться искать компромисс между степенью увеличения (и, следовательно, детализацией) цели и частотой смещений PTZ-камеры. Чем сильнее увеличение, тем чаще приходиться передвигать камеру.
Распространенные PTZ-камеры не позволяют плавно поворачивать камеру с переменно скоростью. При шаговом смещении положение PTZ-камеры изображение «дергается» и смазывается. Поэтому хороший алгоритм слежения должен минимизировать количество смещений камеры для заданного увеличения. Алгоритм слежения должен корректно работать в случае временного взаимного перекрытия целей, например, если люди идут навстречу друг-другу (см. видеодемострацию и слайды про алгоритм).
PTZ-cлежение за целью может осуществляться тремя способами: а) при помощи PTZ-камеры (самослежение); б) при помощи обзорной камеры (внешнее слежение) и в) гибридными образом. Каждый из способов имеет свои преимущества и недостатки, которые мы сравним в отдельной публикации. Алгоритм самослежения удобен в случае, когда оператор задает цель в ручную, а обзорная камера отсутствуют или не видит цель. Алгоритм внешнего слежения более устойчиво работает при наличии нескольких целей. Для объектов одинокого видимого размера, алгоритмы слежения на подвижной камере работают хуже, чем на неподвижной камере, т.к. в последнем случае алгоритм может лучше адаптироваться к неподвижному фону. В теории, гибридный способ должен обеспечить наиболее устойчивое слежение во всех ситуациях, но в известных нам системах он пока не реализован
Влияние задержки
Слежение за целью при помощи привода PTZ – задача реального масштаба времени, чувствительная к задержке. Если общая задержка видео в IP-сети превышает 500 мс (половина секунды), то эффективно управлять камерой не может ни оператор, ни серверная видеоаналитика. Как правило, около 300 мс вносится передающим устройством (камерой или кодером) и около 100 мс вносится VMS-системой, декодирующей видео.
Качественное слежение за объектом может быть реализовано при локальной обработке видео до компрессии. В этом случае координаты цели могут быть рассчитаны по данным обзорной или PTZ-камеры за 20-40 мс. Такая система может сопровождать быстродвижущиеся цели, такие как бегущий человек и транспортное средство, на хорошем увеличении.
Поддержка стандартов
Начиная с версии 1.02, международный стандарт ONVIF позволяет строить унифицированные решения для автоматического и ручного управления PTZ-камерами. В частности, стандарт описывает команды управления и считывания положения PTZ-камеры, системы координат, а так же формат передачи метаданных о подвижных объектов с обзорной камеры в систему управления видео (VMS) и/или иные устройства для управления PTZ-камерой.
Оживленные сцены
Применение интеллектуальных функций PTZ в общественных местах ограничено возможностями видеоаналитики слежения. Сегодня на рынке не существует видеоаналитики, способной сопровождать человека в толпе без применения детектора лиц на обзорной камере. Если разрешающая способность и угол наблюдения обзорной камеры позволяет использовать детектор лиц, то возможно автоматизация наведения PTZ-камеры для более точного распознавания лиц и записи детализированного изображения. При этом необходима реализация системы слежения по данным детектора лиц, чтобы оптимизировать работу PTZ-камеры для нужного сценария, например, для слежения за одним человеком или для быстрого сканирования всех лиц в поле зрения.
Специальные требования к PTZ-камере
Большинство PTZ-камер, представленных на рынке, с интерфейсами Pelco D (для последовательного интерфейса RS422/485) или ONVIF (для IP-сети) не имеют обратной связи системой управления, в частности, невозможно запросить текущую позицию камеры и установить камеру по абсолютным координатам. Это ограничение не позволяет использовать PTZ-камеру для слежения по координатам обзорной камеры.
Обзор решений на рынке
В модуле Trassir ActiveDome компании DSSL реализована функция PTZ-слежения с аналитическим преобразованием координат. В кадре обзорной камеры задается область, которая путем процедуры калибровки создает связь координат с поворотной видеокамерой. По информации от разработчика, количество обзорных камер в системе видеонаблюдения может быть неограниченно и связано с размером контролируемой зоны. Например, чтобы обеспечить обзор в 360°, рекомендуется установить 4 обзорные и одну поворотную камеру.
В продукте Интеллект компании iTV может быть реализовано PTZ-слежение при помощи многозонного детектора движения обзорной камеры без автоматизации процесса калибровки. Для этого необходимо выполнить шаги: 1) разбить кадр обзорной камеры на множество зон детектирования движения; 2) запрограммировать соответствующие предпозиции на PTZ-камере; 3) написать скрипт, который будет устанавливать PTZ-камеру в предпозицию, соответствующую зоне движения. Для PTZ-слежения в условиях движения двух и более целей, необходима реализация более сложной логики, при помощи скрипта или компонента ActiveX.
Наша компания работает над реализацией PTZ-слежения с многозонным детектором движения и аналитическим преобразованием координат в IP-видеосервере MagicBox. В текущей версии прошивки устройства, передача метаданных с координатами целей и управления приводом PTZ осуществляется в рамках международного стандарта ONVIF, что позволяет реализовать внешнюю логику управления PTZ-камеры. Приложение Менеджер устройств ONVIF, с которым Хабр уже знаком, иллюстрируют взаимодействие клиента ONVIF с PTZ-камерой и видеоаналитическим сервисом (рис. 4).
Рис. 3. Слежение за целью при помощи встроенной видеоаналитики. Передача 2D и 3D координат цели в метаданных ONVIF для автоматического наведения PTZ-камеры. Буква M означает, что цель двигается (moving). Буква S означает, что цель остановилась. Фон цели подвижный (листья деревьев шевелятся).
Рис. 4. Ручное и автоматическое управление PTZ-камерой по протоколу ONVIF через Менеджер устройств ONVIF.
