دوربین مداربسته تحت شبکه (IP Camera)

مقدمه

از دوربین های مداربسته امروزه برای کنترل و نظارت بر محیط زندگی و کار و همچنین ایجاد امنیت و آسایش بیشتر استفاده می گردد. از اين سيستم ها به عنوان سیستم های كنترل تصويری یا دوربین های نظارتی نیز ياد می شود. با توجه به امکاناتی كه روی دوربين ها و ساير تجهيزات وجود دارد می توان از آنها در هر شرايط آب و هوایی، روز و شب و محیط های مختلف استفاده نمود.

از دوربین های مداربسته می توان در مکان هایی مانند: بانكها، کارخانجات، فروشگاه ها، ادارات، پارکینگ ها، اماکن عمومی، جاده ها و خيابانها، فرودگاه ها، ایستگاه های راه آهن، قطار شهری و..... برای كنترل عبور و مرور استفاده کرد. لذا استفاده از سیستم های دوربین مدار بسته در حال گسترش است و با توجه به فناوری ساخت تجهيزات آن كه مبتنی بر صنعت الكترونیکی و كامپيوتر است ساخت و توليد تجهيزات اين سيستم ها دائماً در حال توسعه و پيشرفت است. در اين مقاله اصول كلی و امكانات عمومی اين سيستم ها مورد بررسی قرار گرفته است.

چه دوربین مدار بسته ای انتخاب کنیم؟

یکی از مهمترین قسمت های نصب و راه اندازی سیستم های امنیتی و نظارتی مداربسته، انتخاب دوربین مناسب برای مکان های مختلف می باشد. برای انتخاب دوربین باید بر اساس قابلیت هایی که دوربین ها دارند و نیازهایی که ما از سیستم نظارتی داریم نکات مختلفی را مد نظر قرار دهیم. که در زیر به برخی از این نکات اشاره شده است.

• آیا رفت و آمد، چهره اشخاص و جزئیات برای ما مهم است؟
• مکانی که قرار است دوربین نصب شود محیط باز یا محیط داخلی است؟
• دوربین ip یا دوربین آنالوگ پاسخگوی نیاز های ماست؟
• آیا در مکانی که نصب میکنیم کنتراست نور داریم؟
• زمان ضبط تصاویر چقدر برای ما مهم است؟
• بر اساس تعداد دوربین چه دستگاه ضبطی باید انتخاب کنیم؟
• چقدر برای امنیت و نظارت هزینه کنیم؟

انتخاب نوع دوربین مداربسته:

در ابتدا باید نوع دوربین مداربسته مشخص شود. این دوربین ها به دو دسته آنالوگ و IP تقسیم می شوند. دوربین های مداربسته آنالوگ نسبت به دوربین های IP ارزان قیمت، ساده و پرکاربردتر هستند. تقریبا اکثر دوربین های نصب شده در مکان های کوچک، واحدهای تجاری و اداری عادی دوربین آنالوگ هستند.

دوربین های تحت شبکه، عموما دوربین هایی پرهزینه و تخصصی تر هستند. این دوربین ها تکنولوژی های به روزتر، کیفیت تصویر بسیار بالا، نگهداری و پشتیبانی آسان، کابل کشی راحت تر نسبت به دوربین های آنالوگ دارند.

انواع دوربین مداربسته از نظر بدنه و کاربرد:

•  دوربین های دام (Dome Camera)

•  دوربین های بولت (Bullet Camera)

•  دوربین های باکس (Box Camera)

•  دوربین های مینیاتوری (Miniature Camera)

•  دوربین های PTZ یا speed dome

دوربین های دام (Dome Camera):

این دوربین ها معمولا در اماکن اداری و مسکونی مسقف مورد استفاده قرار می گیرند. کیفیت تصویر این دوربین ها معمولا متوسط است و قیمت مناسب آنها کاربردشان را به شدت گسترده کرده است. لنز این دوربین ها معمولا به صورت ثابت و در برخی موارد به صورت متغییر می باشد. جنس این دوربین ها به صورت پلاستیکی و فلزی می باشد

در برخی از مدل های دوربین دام، میکروفن و اسپیکر داخلی روی دوربین وجود دارد که جهت ضبط صدا و یا عمل پیجینگ می باشند. برای مثال در این مورد می توان به شرکت Grandstream اشاره نمود

دوربین های بولت (Bullet Camera):

از این دوربین ها معمولا در فضاهای خارجی استفاده می شود و دارای لنز ثابت و در برخی مدل ها لنز متغییر یا وریفوکال می باشند. از دوربین های بولت به دلیل محفظه فلزی که دارند می توان در هر شرایط محیطی و آب و هوایی استفاده نمود.

با توجه به محیط هنگام خرید این دوربین ها باید به اندازه فاصله کانونی لنز توجه نمود که هر چه فاصله کانونی لنز بیشتر باشد زاویه دید کمتر و فاصله بیشتر و یا هر چقدر فاصله کانونی کمتر زاویه بیشتر و فاصله کمتری می توانیم داشته باشیم.

دوربین های باکس (Box Camera):

دوربین های box دارای کیفیت تصویر متوسط به بالا می باشند. این نمونه دوربین ها عموما بدون لنز هستند و با توجه به محیط و کاربرد این دوربین لنز متناسب برای آن باید انتخاب شود. از این دوربین ها معمولا در مکان های داخلی استفاده می شود و در صورت نیاز به نصب خارجی، با قرار دادن آن در یک کاور فلزی می توان از آن در مکانهای خارجی استفاده نمود.

لازم به ذکر است این دوربین ها فاقد مکانیزم دید در شب می باشند که در صورت نیاز می توان از LED های مادون قرمز جداگانه برای روشنایی دید در شب استفاده نماییم.

دوربین های مینیاتوری (Miniature Camera):

دوربین های مینیاتوری یا پین هول برای نظارت یا به زبان ساده تر دوربین مخفی استفاده می شوند و معمولا در مکان هایی که امکان دیده شدن آنها وجود نداشته باشد نصب می شوند. این دوربین ها دارای کیفیت پایین و از لحاظ قیمت ارزان می باشند و فقط برای نظارت نا محسوس استفاده می گردند. این دوربین ها عموما دارای یک لنز ثابت هستند و به گونه ای طراحی شده اند که بتوان آنها را به راحتی در یک محیط کوچک جای داد.

دوربین های PTZ:

دوربین های PTZ یا اسپید دام دوربین هایی هستند که امکان کنترل از راه دور را دارند و با توجه به موتوری که در محفظه این دوربین ها قرار دارد قابلیت چرخش از راه دور و زوم در آنها وجود دارد و فوکوس این دوربین ها به صورت اتوماتیک پس از حرکت و زوم تنظیم می گردد. میزان زوم و زاویه حرکت این دوربین ها برای مدل های مختلف و با توجه به کاربردهای مختلف متفاوت است.

قابل ذکر است که دوربین های PTZ با قابلیت زوم زیاد (بالای 20X) معمولا برای استفاده در مکان های مثل چهار راه ها برای کنترل ترافیک، سوله ها بزرگ ساخته شده اند. معمولا قیمت این دوربین ها نسبت به دوربین های دیگر بالاتر می باشد و تا حدی استفاده از آنها را محدود کرده است.

 فضای داخلی یا فضای خارجی؟

محیط فضای داخل و یا خارج نه تنها در شرایط نور فرق می کند بلکه یک عامل متفاوت تاثیرگذار دیگری نیز وجود دارد: هوا! از آنجایی که فضای داخل؟ گرایش؟ به کنترل شرایط آب و هوایی را مثل گرما، کنترل رطوبت و سیستم تهویه را دارد داستان در فضای خارج کاملا متفاوت است.

باد، باران، اشعه ماوراء بنفش و آلودگی ها، همه و همه در یک دوربین مدار بسته که در فضای داخل استفاده می شود مشکلی ایجاد نمی کنند. بنابراین اگر نیاز به گرفتن فیلم در فضای باز دارید، قاعدتا باید دوربینی که مناسب فضای خارج است انتخاب کنید. اما به خاطر داشته باشید اگرچه اکثر دوربین های مداربسته فضای داخل نمی توانند برای فضای باز استفاده شوند اما بسیاری از دوربین های فضای باز مناسب هر دو مکان (داخل و یا خارج) هستند.

نمایشگرهای دوربین مداربسته و یا دسترسی دیداری از راه دور:

شما تصمیم دارید که چطور فیلم دوربین مداربسته خود را ببینید؟ اکثر افراد، با دستگاه ضبط تصویر دیجیتال (DVR) و یک مانیتور در خانه و یا محل کار فیلم دوربین ها را می بینند. اما حال اگر شما بخواهید که از جاده بر اشیا منزل و یا محل کار چشم بدوزید چطور؟ اینجاست که ابزارهای دسترسی از راه دور سیستم های نظارتی به کمک ما می آیند. دوربین ها به شبکه کامپیوتر از طریق کابل و یا بدون کابل متصل می شوند و به شما این امکان را می دهند تا وارد سیستم خود شوید و کاملا محیط اطراف را از طریق کامپیوتر و یا تلفن هوشمند متصل به اینترنت مشاهده کنید.

دستگاه ضبط NVR و DVR:

NVR یا همان NETWORK VIDEO RECORDER جهت ضبط تصاویر دوربین های تحت شبکه استفاده می شود. در سیستم های مدار بسته آنالوگ به دو روش ضبط تصاویر انجام می شود: کارتهایی DVR که در داخل کامپیوتر نصب می شود و دستگاه (DVR (DIGITAL VIDEO RECORDER.

اما تا قبل از ساخت دستگاه های NVR رکورد دوربین های تحت شبکه فقط توسط برخی نرم افزارها آن هم روی کامپیوتر امکان پذیر بود که مشکلاتی نظیر ویندوز و سخت افزار کامپیوتر مورد نظر و در کل ویندوز بیس بودن را داشت. دستگاه های NVR همانند دستگاه های DVR بی نیاز به کامپیوتر هستند. بیشتر آنها لینوکس بیس هستند و از هاردهای زیادی پشتیبانی کرده و برندهای متنوعی را باهم میبیند و عمدتا قابلیت های جالبی برای هر مشتری دارند که در حالت نرم افزاری کمتر دیده می شود.

در ادامه به شناسایی برخی از مشخصات فنی دوربین های مدار بسته می پردازیم که از مهمترین مشخصات برای انتخاب دوربین می باشند:

لنز دوربین مدار بسته تحت شبکه (IP Camera):

یکی از مهمترین معیارهای انتخاب دوربین مدار بسته تعیین لنز دوربین است. لنز در واقع زاویه دید دوربین را بر اساس فاصله کانونی مشخص می کند. لنزها به دو دسته ثابت و متغییر تقسیم می شوند:

لنزثابت (بدون تغییر): لنزهای ثابت لنزهایی هستند که به طور مشخص با فاصله کانونی ثابت ساخته می‌شوند. که عموماً فاصله کانونی لنزهای ثابت 3.6 میلیمتر است که زاویه دید تقریباً 70 درجه دارند. به طور کلی هر چقدر فاصله کانونی لنز کمتر باشد زاویه دید آن بیشتر خواهد بود.

لنز متغییر (وریفوکال): لنزهای متغییر لنزهایی هستند که فاصله کانونی آنها قابل تغییر است. که بر اساس شرایط محیط بعد از نصب می توان زاویه ی دلخواه را با تغییر فاصله کانونی تنظیم نمود.

 سنسورهای CMOS و CCD:

سنسورهای CCD که مخفف Charge Coupled Device و سنسورهای CMOS که مخفف Complementary Metal Oxide Semiconductor می باشند. در مورد تفاوت های الکترونیکی این دو سنسور، می توان گفت سنسورهای CCD از فتودیودها تشکیل شده اند، در حالی که سنسورهای CMOS از نوعی از ترانزیستور به نام CMOS تشکیل شده اند. سنسورهای CMOS بسیار کم مصرف تر از سنسورهای CCD هستند سنسورهای CMOS نسبت به نویز حساسیت بیشتری دارند، ولی سنسورهای CCD کیفیت بالاتری در انتقال اطلاعات دارند.

CCD از لحاظ عملکرد همانند چشم انسان می باشد. نور از طریق یک عدسی وارد دوربین مدار بسته و بر روی یک پرده مخصوص تصویر می‌شود. تراشه CCD که مخفف (Charge Coupled Device) می باشد و تصاویر با استفاده از آن گرفته می‌شوند از تعداد زیادی سلول تشکیل شده که همگی با الگوی خاصی در یک تراشه مرتب شده‌اند و به عنوان پیکسل شناخته می شوند. زمانی که CCD این اطلاعات را دریافت میکند، آن‌ها را به شکل سیگنال های دیجیتالی از طریق کابل هایی به سیستم دریافت کننده می‌فرستد.

کیفیت (رزولوشن) در دوربین های مدار بسته:

در دوربین های مدار بسته آنالوگ رزولوشن بر اساس تیوی لاین (TVL) مشخص می گردد که تعداد خطوط عمودی در تصویر که قابل تفکیک می باشند نشانگر تعداد تی وی لاین می باشد.

هر چقدر تعداد این خطوط بیشتر باشد کیفیت آن تصویر بیشتر و جزئیات بیشتری از تصویر قابل مشاهده خواهد. در دوربین های مداربسته ی آنالوگ جدید، TVL بین 420 تا 1000 می باشد

در دوربین های IP یا تحت شبکه رزولوشن بر اساس مگاپیکسل (MP) مشخص میگردد.کوچکترین واحد گرافیکی برروی صفحه نمایش به اندازه یک نقطه کوچک که با قرار گرفتن تعداد زیادی از آنها در کنار هم تشکیل یک تصویر را می دهد که به آنها پیکسل می گویند. و هر مگاپیکسل برابر است با یک میلیون پیکسل یا نقطه که در کنار هم قرار می گیرند. دوربین های (IP) قابلیت این را دارند که تصاویر با رزولوشن خیلی خیلی بالاتر داشته باشند. دوربین های 1 مگاپیکسل معمولا کمترین رزولوشن دوربین های IP هستند،که کمترین کیفیت دوربین های IP به مراتب از بیشترین کیفیت آنالوگ بهتر می باشد.

دوربین مداربسته مادون قرمز

هر نوع دوربین مداربسته ای که در سیستم امنیتی استفاده کنیم می تواند تصاویر واضح و مناسبی در نور کافی فراهم کند اما نکته کلیدی این است که سیستم دوربین مداربسته امنیتی شما در شب چگونه تصویر برداری می کند، زیرا بسیاری از جرم ها در شب اتفاق می افتد. در واقع اهمیت دوربین مداربسته مادون قرمز در این است که می تواند شرایط نوری را تغییر دهد و دید بهینه ای برای سیستم دوربین مداربسته امنیتی شما فراهم کند. اغلب دوربین های مداربسته جدید دارای نرخ لوکس پایین هستند و می توانند به خوبی در شرایط نور ناکافی کار کنند. در واقع بدون روشنایی ویژه دوربین مداربسته، نمی توان در شب تصاویر با کیفیت برداشت کرد.

سطح نوری روشن و یا سطح نوری ضعیف:

سطح نور کلی محیطی که شما تصمیم دارید در آنجا فیلم بگیرید پکیج محدودی در انتخاب دوربین مدار بسته شما دارد. اگر سیستم نظارت تصویری شما در مناطق روشن و با نور خوب باشد، انتخاب دوربین شما بسیار محدود می شود زیرا نور فراوان کار را برای هر دوربین امنیتی که بخواهد فیلمی واضح داشته باشد آسان می کند. به عبارت دیگر، شرایط با نور خیلی کم نیاز به دقت و بررسی دارد، زیرا همه دوربین های مدار بسته چنین کارایی ندارند. باید در جستجوی دوربین هایی با میزان حساسیت نور Lux 1 و یا پایین تر باشید که چنین دوربین هایی معمولا با برچسب دوربین های روز و شب شناخته می شوند و یا در بین مشخصه های دوربین با ویژگی قابلیت در نور پایین لیست می شوند. دوربین های دید در شب بیشترین حالت انعطاف پذیری را به شما می دهند، چرا که به شما این اجازه را می دهند تا به طور مداوم فضا را ببینید و نظارت کنید حتی اگر سطوح نور به صورت مستمر تغییر کند و در نوسان باشد.

WDR:

هنگام استفاده از دوربین ها در محل های سرپوشیده مشکلی که پیش می آید، ضد نور شدن تصاویر است. در این حالت هنگامی که زاویه دید دوربین رو به پنجره یا در ورودی باشد، تصویر سوژه تاریک و تصویر فضای بیرون بسیار روشن و نامشخص دیده می شود. این مشکل در تصاویر رستوران ها و فروشگاه ها که دارای پنجره های بزرگ هستند مشهودتر است.

در دنیای واقعی بازه نور طبیعی بین ۰.۰۰۱ لوکس نوری (تاریکی محض) تا ۱۰۰.۰۰۰ لوکس (هوای آفتابی) می باشد، در مقابل بازه نور محیط داخل بین ۱۰ تا چند صد Lux بیشتر نیست.

بعلت عدم تطابق در سرعت دریافت تصاویر نقاط پر نور و کم نور و اختلاف بین نور داخل و خارج در شاتر دوربین این مشکل بوجود می آید. برای رفع این مشکل تکنیک Wide Dynamic Range معرفی و ارائه گردید و به اختصار WDR نامیده شد.

در این تکنیک دوربین به دو سنسور CCD، یکی با سرعت بالا و دیگری با سرعت پایین مجهز شده است. بدین ترتیب دوربین با هر CCD یکبار تصویر را اسکن می کند.

بار اول با سرعت عادی و بار دوم با سرعت بالا. بار اول با CCD معمولی فضای داخل را اسکن می کند و بار دوم با CCD سرعت بالا فضای پر نور بیرون را و در نهایت پردازشگر تصویر نصب شده در دوربین دو تصویر را با هم ترکیب (Superimposes) می کند تا به یک تصویر مناسب که هم فضای داخل و هم فضای خارج را بطور واضح نمایش می دهد، دست یابد.

DWDR:

همانطور که در تعریف WDR یا Wide Dynamic Range گفتیم، برای دستیابی به تصویر واضح در نقاط با تضاد کنتراست بالا، از ۲ پردازنده در دوربین ها استفاده می شود. یک پردازنده تصویر روشن و پردازنده دوم تصویر قسمت های تیره را برداشت کرده و با تلفیق این دو، تصویر باکیفیت و واضح بدست می آید. اما در DWDR، این امکان بصورت نرم افزاری ایجاد شده و خبری از سخت افزار متفاوت نیست.

DNR:

به معنی کاهنده دیجیتال نویز می باشد. در صورت کم نور بودن نویز به صورت نقطه های کوچک در تصویر نشان داده می شوند که DNR این از نویز ها می کاهد.

BLC:

مکانیزمی است که در آن قسمت های پر نور در تصویر به صورت دیجیتال پوشانده می شوند تا از تاثیر آنها بر روی بقیه تصویر جلوگیری شود. این مکانیزم معمولا برای دوربین های پلاک خوان استفاده می شود.

IP66:

IP یا به عبارتی ingress protection استانداردی است که به معنی ضد نفوذ رطوبت و گرد و غبار می باشد. عدد سمت چپ نشانگر ضد نفوذ پذیری گرد و غبار و عدد سمت راست نشانگر ضد نفوذ پدیری آب است. که هر کدام از این نفوذ پذیری ها با اعداد مختلف طبق جدول زیر مشخص شده است.

Onvif:

هر دوربین مداربسته شبکه برای ارسال و دریافت اطلاعات ازپروتکل ارتباطی مختص خود استفاده می کند. این پروتکل برای دوربین تحت شبکه مانند زبان برای انسان است. از این رو دوربین های با پروتکل متفاوت امکان برقراری ارتباط تحت یک نرم افزار را در شبکه نخواهد داشت و این موضوع باعث محدودیت های زیادی در دوربین های تحت شبکه خواهد شد. ONVIF در واقع یک انجمن جهانی برای ایجاد یک استاندارد عمومی در ساخت و ارتباط دوربین های مداربسته شبکه است. واژه Onvif مخفف Open Network Video Interface Forum (انجمن ارتباط باز ویدئویی شبکه) است. این انجمن با هدف ایجاد یک استاندارد جهان مشمول برای ارتباط دوربین های تحت شبکه بدون توجه به تولید کنندگان آن ساخته شده است. باید بدانید که در صورت نصب یک دوربین تحت شبکه بدون امکانات ONVIF امکان اضافه کردن یک دوربین با مارکی متفاوت در همان شبکه وجود نخواهد داشت. از این رو عملکرد و هدف این انجمن از اهمیت بالایی برخوردار است.

اثر الگوریتم های فشرده سازی تصویر چیست؟

برای فهمیدن دلیل افزایش نرخ فریم در ثانیه لازم است ابتدا مقدمه ای از الگوریتم های تصویری بیان شود.اصل اساسی فشرده سازی این است که باید هر آنچه اضافی است حذف شود تا اندازه فایل کوچکتر شود. هر نوع فشرده سازی در واقع مصالحه ای بین کیفیت تصویر و اندازه فایل است. پس از نصب دوربین ها باید نرخ فریم در ثانیه و کیفیت تصویر بر اساس نیاز شما تنظیم شود. نرخ فریم در ثانیه و کیفیت تصویر رابطه مستقیم با هم دارند, به این معنی که با کاهش نرخ فریم در ثانیه ممکن است نتوانید اتفاقات تصاویر را به خوبی دنبال کنید و شاید برخی لحظات مهم را از دست بدهید.
 امروز مورد پسندترین انواع فشرده سازی تصویری jpeg ,mpeg است. اما جدیدترین تکنولوژی که در الگوریتم h.264 استفاده می شود 30 درصد فضای کمتری از تکنولوژی mpeg4 اشغال می کند. تکنولوژی mpeg4 نیز 80 درصد فضای کمتری نسبت به mjpeg اشغال می کند. برخی اصول اساسی مانند حذف اضافات و حذف زوائد در همه این تکنولوژی ها بکار می رود. حذف اضافات آنچه در تصویر به چشم انسان می آید مانند تغییرات جزئی در رنگ و حذف زوائد آنچه در فریم ها تکراری است مانند اشیای ثابت را حذف می کنند.

H.264:

H.264 یک روش فشرده سازی ویدئویی پیشرفته است. H.264 یکی از زیر شاخه های روش فشرده سازی MPG-4 است. در این روش فشرده سازی مقایسه قسمت های مشابه نه تنها در هر فریم بلکه در فریم های متوالی نیز صورت می گیرد.

FPS یا Frame Per Second:

نشان دهنده تعداد فریم های یک تصویر در یک ثانیه است. هر چقدر نرخ فریم بیشتر باشد ظرفیت فیلم های ضبط شده در هارد بیشتر خواهد شد و انتقال اطلاعات به پهنای باند بیشتری نیاز خواهد داشت.

Motion detection یا حسگر حرکت:

یکی از قابلیت هایی که باعث شده کاربران به سمت دوربین های تحت شبکه متمایل شوند ویژگی Motion Detection است. این سرویس بررسی کننده نسبت به تغیر بسیار حساس است. تغییرات را می توان به دو صورت تفسیر کرد که متناسب با نیاز محیط قابل اجرا باشد: تغییر در محیط نسبت به شی و تغییر در شی نسبت به محیط.

به بیانی ساده تر حسگر دوربین و فعالیت سنسور را به چه تغییراتی فعال و حساس کنیم تا در هنگام رویداد یک اتفاق به کاربر اطلاع دهد. این تغیرات را می توان برای محافظت از محیط قرار داد که شی یا فردی. وارد محیط نشود (ورود به محیط ممنوعه) و یا در محیطی که رفت و آمد زیاد است مکان جسم یا شی تغیر نکند(موزه).
 Motion detection یکی از اولین قابلیت های مبتنی بر پردازش تصویر است. در این مکانیزم پردازنده شما در هر لحظه یک فریم را با فریم های قبل و بعد آن مقایسه می کند و از طریق تشخیص میزان تغییرات در تصاویر متوالی حرکت را شناسایی می کند. این بدین معناست که اگر تغییر نور ناگهایی در تصویر داشته باشید نیز این تغییرات به عنوان حرکت شناسایی خواهد شد.