В 2009 году корпорация Samsung Electronics представила сразу множество новых телекамер для систем видеонаблюдения. Серия A1 – это линейка профессиональных телекамер с большим числом новых функций, улучшенной традиционной функциональностью и превосходным качеством изображения, которое обеспечивается самыми современными технологиями.

В основе телекамер новой серии лежит собственная разработка Samsung Electronics – специализированный DSP-процессор A1, который предназначен для цифровой обработки аналогового видеосигнала. Этот процессор благодаря улучшенным алгоритмам позволяет повысить качество и информативность видеоизображения, а также предоставляет пользователю ряд новых функций, в том числе и возможности видеоанализа, о которых сейчас так много говорят. Его название представляет собой сокращение от английского All-in-One, т. е. «все в одном», что говорит о его универсальности и многофункциональности. В общем, процессор A1 это современное универсальное решение с высокой степенью интеграции.

Теперь зададим себе конкретный вопрос: а какие преимущества телекамере дает процессор A1, если оценивать их с точки зрения потребителя? Чтобы ответить на него, для начала перечислим основные особенности этого решения:

сверхвысокое разрешение;
адаптивное шумоподавление;
расширенный динамический диапазон;
дополнительная функциональность.

Разрешающая способность и отношение сигнал/шум – ключевые параметры телекамер, используемых в охранном телевидении. Именно от этих характеристик зависит то, сможем ли мы получить информативное, насыщенное деталями изображение с низким уровнем шумов от установленной телекамеры, или оно окажется нечетким и зашумленным, обесценив все наши вложения в систему видеонаблюдения. Поэтому в числе первоочередных задач, над которыми работают инженеры из Samsung Electronics – это повышение разрешения и снижение уровня шумов на изображении.

Динамический диапазон – тоже не последний по важности параметр телекамеры, который приобретает исключительную значимость в уличных условиях. И здесь у разработчиков из Samsung Electronics есть причины для гордости: на новых телекамерах с процессором A1 удалось значительно расширить динамический диапазон по сравнению с традиционными моделями, которые используются в современных системах видеонаблюдения.

Разнообразные дополнительные функции не только упрощают и ускоряют процесс инсталляции, но и повышают универсальность телекамер, расширяют сферу их применения, при этом в число таких дополнительных функций входят и инструменты видеоанализа, которые ранее были доступны только в дорогостоящих цифровых системах видеонаблюдения.

Хотя эти возможности нельзя назвать чем-то новым или уникальным, не стоит забывать, что прежде они присутствовали, как правило, в цифровых и сетевых системах видеонаблюдения. С появлением DSP-процессора A1 функции интеллектуальной видеообработки стали широко доступны и традиционным системам видеонаблюдения, где в основном и применяются телекамеры с аналоговым видеосигналом.

Кроме того, передача функций видеоанализа на периферию, т. е. на уровень самой телекамеры, приведет к значительной экономии средств при развертывании интеллектуальной системы видеонаблюдения. Судите сами. Если на объекте, где уже установлена аналоговая система видеонаблюдения, нам понадобилась даже какая-то одна функция видеоанализа, например видеодетектор оставленных предметов, то перед нами встает непростой выбор. Конечно, мы можем установить интеллектуальную систему видеонаблюдения, которая программно поддерживает нужные нам функции видеоанализа и представляет собой компьютерную платформу со всеми вытекающими отсюда расходами на установку и обслуживание, в том числе администрирование, такого решения. Совокупная стоимость владения возрастет, что не всегда оправданно экономически. А ведь куда проще заменить одну или несколько телекамер на новые модели от Samsung Electronics с процессором A1, поддерживающие нужные нам функций. И никаких скрытых эксплуатационных расходов в таком решении уже нет. Клиент платит только за саму телекамеру и, если нужно, за ее установку.

Видеоанализ получает все большее распространение в современной индустрии CCTV, и даже уже самым большим скептикам уже очевидно, что за ним будущее систем видеонаблюдения. Однако современный видеоанализ ассоциируется почти исключительно с цифровыми и сетевыми системами видеонаблюдения. Samsung Electronics своим процессором A1 нарушает эту монополию, реализовав с его помощью сложные современные алгоритмы видеоанализа в телекамерах с аналоговым видеовыходом. Сейчас в серии A1 поддерживаются две группы функций видеоанализа: детекторы оставленных и унесенных предметов, а также функции трекинга и виртуального ограждения.

Функции видеоанализа процессора A1 основаны на трех основных блоках вычислений: блок BGM (детектор фона) выполняет построение модели фона, блок MD (детектор движения) определяет движущиеся объекты, а блок NMD (детектор неподвижности) – остановившиеся.

Блок BGM с использованием фильтра TMAIIR (временной фильтр с адаптацией к движению, имеющий бесконечную импульсную характеристику) на основе создает модель фона. Такой подход избавляет от серьезных проблем, которые характерны для более примитивных детекторов движения, основанных на вычислении попиксельной разницы между соседними кадрами. Это позволяет отнести к фону и те объекты, которые колеблются с малой частотой (например, листья, ветки деревьев). Блок MD на основе модели фона и вероятностной модели вычисляет те объекты, которые на самом деле совершают движения. Блок NMD на основе модели фона и аккумулирующей модели определяет остановившиеся объекты.

Детекторы оставленных и унесенных предметов, которые поддерживаются в большинстве моделей серии A1, имеют разнообразные сферы применения. Конечно, детектор оставленных предметов может обнаруживать оставленные без присмотра вещи, представляющие потенциальную угрозу, но эта его т. н. «антитеррористическая» функция (см. иллюстрацию), которая лежит на поверхности, – далеко не единственная возможность практического применения. Такая функция может быть с успехом использована в интеллектуальных транспортных системах для обнаружения остановившихся на скоростном шоссе или в туннеле автомобилей, посторонних объектов, попавших на железнодорожное полотно и т. д. Аналогично и детектор унесенных предметов можно использовать не только в «музейном» качестве (см. иллюстрацию), т. е. для обнаружения ценных предметов, вынесенных из поля зрения телекамеры, но и на автомобильных парковках, чтобы автоматически определять въезд машины на парковочное место и вести подсчет свободных мест.

Трекинг и виртуальное ограждение – еще один полезный набор функций видеоанализа, которые реализованы в телекамерах серии A1. Предусмотрено два режима работы функции виртуального ограждения: режим линии и режим зоны. Режим линии предполагает, что пользователь обозначит линию и выберет направление, в котором запрещено ее пересекать. Любое пересечение такой линии в запрещенном направлении будет обнаружено. В режиме зоны пользователь должен указывает на экране зону, которую следует охранять. При появлении в этой зоне движущихся объектов телекамера автоматически посылает сигнал тревоги. Функция трекинга позволяет отслеживать в кадре траекторию перемещения объектов. Ее можно настроить таким образом, чтобы детектировать резкую смену направления движения.

После того как мы подробно рассмотрели функции видеоанализа, которые многие эксперты называют будущим CCTV, вернемся к настоящему, ведь DSP-процессор A1, будучи универсальным решением, не только выполняет функции видеоанализа, но и позволяет заметно увеличить качество изображения за счет самых передовых алгоритмов цифровой обработки.

Начнем со сверхвысокого разрешения. Сверхвысоким оно названо не ради красивого слова, а потому, что у большинства представленных на рынке цветных телекамер, которые позиционируются как модели с высоким разрешением, эта характеристика заявлена на уровне 540-560 ТВ-линий. Максимальное горизонтальное разрешение в новых телекамерах с процессором A1 достигает 600 ТВ-линий. Опыт показывает, что разница в 20 ТВ-линий глазом человека практически не ощущается, тогда как, если сравнивать изображения, у которых разрешение отличается на 50 ТВ-линий, мы это заметим сразу. Еще лучше будет заметна разница в 120 ТВ-линий, как это показано на иллюстрации с автомобильным номером.

Такой заметный выигрыш в разрешении был достигнут благодаря применению специального оптического фильтра низких частот, который позволяет избавиться от цветового муара, а также 12-битной оцифровке и специальным алгоритмам улучшения изображения. Кроме того, реализация алгоритма шумоподавления по трем телевизионным строкам предотвращает появление сильного шума в условиях низкой освещенности, а регулируемая апертурная коррекция позволяет получить более четкое изображение.

Функция шумоподавления играет важную роль при формировании четкого и ясного изображения телекамерой в широком диапазоне условий наблюдения. При слабом освещении видеосигнал нужно усиливать, чтобы получить яркое изображение, однако вместе с этим усиливаются и шумы на изображении. Чтобы от них избавиться, в телекамерах с процессором A1 применяется функция цифрового шумоподавления (DNR, Digital Noise Reduction). Функция DNR одновременно ведет обработку оцифрованного видеоизображения двумя фильтрами – адаптивным двухмерным фильтром, чтобы уменьшить яркостный шум, и адаптивным трехмерным, чтобы компенсировать размытие контуров движущихся объектов. Эти фильтры прекрасно дополняют технологию улучшения изображения DNIe (Digital Natural Image Engine), которая используется в профессиональных CCTV- мониторах Samsung Electronics и позволяет увеличить контрастность изображения, подчеркнуть детали, улучшить цветопередачу и еще больше снизить уровень шумов. Процессор A1 благодаря современным методам обработки позволяет реализовать и функцию цифровой стабилизации изображения (DIS). Дрожание изображения, вызванное сильным ветром, вибрациями от проезжающего мимо транспорта, а иногда и просто неаккуратностью монтажа – это распространенные проблемы, возникающие при установке телекамер на улице.

Функция цифровой стабилизации изображения устраняет эти проблемы. В новой серии A1 точность и эффективность функции DIS были значительно улучшены благодаря технологии субпиксельной компенсации и интеллектуальным алгоритмам обработки. Кстати, возможность приватного маскирования в серии A1 тоже реализована интеллектуально. Маска, закрывающая определенные зоны в поле зрения телекамеры, задается четырехугольником, при этом вместе с увеличением или уменьшением изображения будут изменяться и размеры маски, чтобы детали изображения, скрытые маской, и оставались таковыми. Важно отметить, что возможность приватного маскирования присутствует во всех телекамерах серии A1.

Еще одна полезная функция, которую поддерживают телекамеры серии A1 – это динамическая корректировка яркости (XDR). Высококонтрастные сцены, как правило, плохо отображаются обычными телекамерами: в этом случае хорошо передаются детали в ярких областях наблюдаемой сцены, а в темных областях кадра очень сложно что-либо разглядеть. Для предотвращения этого нежелательного эффекта и была разработана функция XDR, которая с помощью цифровой обработки позволяет скорректировать изображение в темных областях кадра, сохраняя четкость и детали в светлых областях.

Бывают и более сложные для наблюдения сцены, для которых разработана функция расширения динамического диапазона (WDR). При наличии сильной фоновой засветки, как в примере на иллюстрации, телекамере очень сложно передать детали темных объектов (люди, стоящие в фойе здания), так как автоматическая регулировка диафрагмы при наличии таких ярких областей в поле зрения станет сокращать отверстие диафрагмы. Точно так же ведет себя и зрачок глаза человека, который пытается разглядеть номер автомобиля при встречном свете фар. Чтобы в такой ситуации разглядеть более темные объекты, в телекамерах используется компенсация фоновой засветки (BLC), которая заставляет контур АРД игнорировать участки кадра с высокой освещенностью, так же и человек может заслонить рукой яркий источник свет, который его слепит.

Тем не менее, если мы хотим, как в примере на иллюстрации, одновременно наблюдать за людьми и в фойе и на входе, то компенсация фоновой засветки нам уже не поможет, так как ярко освещенные объекты будут заплывать в белый. Четко видеть и яркие, и темные объекты поможет функция WDR, которая реализована в телекамерах серии A1 с двойным сканированием матрицы.

Принцип работы этой функции следующий. Телекамера получает два изображения с различной экспозицией (временем накопления): короткая экспозиция для ярких деталей, длинная – для темных деталей наблюдаемой сцены. После цифровой обработки в блоке WDR, который анализирует и комбинирует эти изображения в одно, полученное таким образом результирующее изображение сохраняет детали из темных и светлых областей наблюдаемой сцены. Задача из нашего примера решена – теперь можно наблюдать и за людьми, стоящими в тени, и за человеком на фоне стеклянных дверей.

Попутно отметим, что все телекамеры серии A1 с расширенным динамическим диапазоном также поддерживают функцию виртуальной прогрессивной развертки (VPS), благодаря которой можно использовать либо традиционную чересстрочную, либо прогрессивную развертку для наблюдения за быстро движущимися объектами (например, в интеллектуальных транспортных системах или в системах автоматического распознавания автомобильных номеров).

Если просматривать изображения, полученные при чересстрочном сканировании матрицы, на мониторе с прогрессивной разверткой, то мы увидим чересстрочную «гребенку». Края движущихся объектов будут иметь характерную зубчатую форму, поскольку объект успел сместиться за те 20 мс, которые во времени разделяют два ТВ-поля, составляющих этот кадр. Благодаря фирменной функции VPS, разработанной Samsung Electronics, края движущихся объектов получаются четкими, а чересстрочная «гребенка» отсутствует.

Телекамеры с функцией VPS идеально подходят для систем автоматического распознавания автомобильных номеров. Большинство таких систем вынуждены работать не с полным кадром, а только с одним ТВ-полем, поскольку никакой программный или аппаратный деинтерлейсинг, не совместит изображения номерной пластины из соседних кадров. В этом случае очень полезной будет функция VPS. Она увеличит вертикальное разрешение (даже для быстро движущихся объектов), тем самым повысив вероятность распознавания номера.

Для круглосуточного наблюдения большинство телекамер серии A1 поддерживают функцию «день/ночь» и режим повышения чувствительности Sens Up. При использовании функции «день/ночь» телекамера при нормальной освещенности работает в дневном режиме и показывает цветное изображение, а в условиях низкой освещенности для повышения чувствительности переходит в ночной режим и передает черно-белое изображение.

На одних моделях функция «день/ночь» представлена в электронной реализации, т. е. телекамера при слабой освещенности только переходит в черно-белый режим, чтобы избавиться от цветовых шумов. В других моделях имеется полноценная механическая реализация функции «день/ночь», когда телекамера в условиях низкой освещенности не только переключается в черно-белый режим, но и механически убирает отсекающий ИК-фильтр, который в дневном режиме находится перед ПЗС-матрицей телекамеры для коррекции цветопередачи. В результате чувствительность телекамеры возрастает, захватывая кроме видимого спектра и ближний ИК-диапазон, благодаря чему телекамеру можно использовать с ИК-подсветкой. Переключение между дневным и ночным режимами может осуществляться автоматически в зависимости от уровня освещенности или от внешнего источника.

Наряду с функцией «день/ночь» для повышения чувствительности в телекамерах серии A1 можно использовать функцию Sens Up. В автоматическом режиме снижение уровня освещенности будет компенсироваться электронным затвором за счет увеличения времени накопления вплоть до значения, выбранного пользователем (макс. х512).

И, наконец, многие инсталляторы оценят удобство технологии CCVC (управление телекамерой по коаксиальному кабелю), которая позволяет по одному кабелю передавать видеосигнал и управляющие команды для изменения настроек телекамеры (за исключением фокусировки объектива). Благодаря этой технологии, которая поддерживается во всех моделях серии A1 можно удаленно получить доступ к меню настроек телекамеры, что упрощает процесс настройки. Для аккуратной установки и настройки телекамер монтажнику больше не придется выбирать «звонок другу», который будет руководить его действиями по телефону. Теперь настройку телекамеры на объекте можно вести в режиме реального времени, и проводить ее на большом экране монитора, а не на маленьком экране сервисного монитора, подключенного в месте установки телекамеры. Кстати, во всех телекамерах новой серии для удобства работы есть экранное меню с возможностью выбора нескольких языков, в том числе и русского.

Еще одна возможность, которая упростит работу инсталляторов – это профили настроек. В серии A1 предусмотрены следующие профили:

Standard (для большинства случаев);
ITS (для наблюдения за транспортными потоками);
Backlight (для применения в условиях сильной фоновой засветки);
Day/Night (для автоматического переключения между дневным и ночным режимом);
Gaming (для с широкого диапазона уровней освещенности, как в казино);
Custom (для индивидуальной настройки).

Телекамеры Samsung Electronics серии A1 формируют качественное изображение и удобство в работе практически в любых условиях наблюдения благодаря наличию разнообразных дополнительных функций:

цифровое увеличение, регулируемое с шагом до x0.1;
цифровое панорамирование (электронная функция PTZ);
PIP (картинка в картинке);
зеркальное отображение по горизонтальной или вертикальной оси;
POSI/NEGA (инвертирование яркости и цветности);
ELC (автоматическая регулировка накопления, макс. 1/200 000 с).

Для совместимости с оборудованием других производителей в телекамерах серии A1 через последовательный интерфейс RS-485 поддерживаются популярные протоколы управления: Vicon, Pelco P, Pelco D, Panasonic, Philips, Kalatel, Diamond, Erna, VCL. Конечно, поддерживается и собственный протокол управления Samsung Electronics.

Серия телекамер A1 – это широкий выбор моделей с превосходными техническими характеристиками, большим количеством разнообразных полезных функций. Все эта функциональность доступна в различном исполнении. В серии А1 уже представлены телекамеры стандартного исполнения (SCC-B2x31/3/5), фиксированные купольные телекамеры (SCC-B533x), варифокальные купольные телекамеры (SCC-B5366/7), а также варифокальные купольные телекамеры в антивандальном исполнении (SCC-B5396/7). Хотя Samsung Electronics – это одна из крупнейших транснациональных корпораций, в ней всегда учитывают локальные особенности стран, в которые поставляется ее продукция, а также пожелания и рекомендации потребителей. Так, например, специально для российского рынка телекамера SCC-B5397P идет в комплекте с модулем подогрева, который позволяет эксплуатировать ее и при низких температурах вплоть до –45°С. Более детально с возможностями телекамер новой серии можно ознакомиться в прилагаемой таблице.

Автор: Артем Савицкий,
менеджер по системам видеонаблюдения
отдела Аудио-Видео компании Samsung Electronics