Качественное изображение - решающий фактор в работе современной системы видеоконференцсвязи. Широкие каналы передачи данных, инновационные алгоритмы сжатия видео, мощные серверы - эффективность всех этих дорогостоящих подсистем может быть сведена на нет по причине неправильно подобранной камеры ВКС. Ее стоимость в контексте всего решения, в общем-то, несущественна и это как раз тот случай, когда небольшая экономия может обернуться полным разочарованием от системы в целом. Благо, сегодня рынок предлагает множество моделей - выбрать есть из чего. Но, какой тип решения предпочесть? Как показывает практика и анализ многих проектов построения систем видеоконференцсвязи, оптимальным подходом является использование цифровой PTZ-камеры.

PTZ и альтернативы

Описание основных преимуществ PTZ-камеры содержится уже в самой расшифровке ее названия - Pan-Tilt-Zoom можно перевести как дистанционное управление горизонтальным и вертикальным позиционированием, а также приближением (поэтому PTZ-устройство часто еще называют «поворотная камера»). Такой подход необходим для эффективного отображения участников видеоконференции в переговорных комнатах и конференц-залах, поскольку надо иметь возможность не только показывать общий план или крупно лицо говорящего, но и автоматически корректировать фокусировку при перемещении докладчика по залу. Ведь главное преимущество качественной системы ВКС и состоит в том, чтобы дать возможность людям чувствовать себя так же естественно, как и в условиях обычного общения.

Конечно PTZ является не единственным вариантом решения подобной задачи есть и другие, но все они имеют те или иные недостатки, которые не позволяют рекомендовать их в качестве оптимальных именно для условий ВКС. Разберем подробнее.

Самым грубым подходом является использование системы из нескольких камер (часто фиксированных или с ручным позиционированием), установленных в разных точках зала - для каждого человека или группы. Этот метод представляется весьма проблематичным с точки зрения технической реализации, ведь каждую камеру нужно подключать к ПК или терминалу, что потребует дополнительных портов с картами захвата или внешних мультиплексоров. Соответственно, бюджет проекта увеличится пропорционально числу камер, но результат все равно будет не таким же эффектным как в случае использования поворотных моделей.

Еще один известный вариант - использование стационарной круговой камеры. В этом случае устройство устанавливается в центр стола, а изображение, с помощью специальных технологий сшивается в круговую панораму. Недостатки здесь также очевидны - значительные оптические аберрации, требующие специальных инструментов для компенсации, а также отсутствие контакта глаз между собеседниками (ведь люди смотрят обычно на экран, а не в камеру). Эти проблемы решаемы, но требуют дополнительных усилий или вложений. К примеру у компании Polycom есть решение Centro, оно устанавливается вместо стола переговоров и участники конференции усаживаются вокруг него. Идея интересная, но стоимость системы начинается от $50 тыс.

В числе новейших решений, которые позиционируются как альтернатива традиционным PTZ-моделям имеются камеры ультравысокого разрешения, оснащенные сенсорами 4K. Такие модели только начали выходить на рынок (их предлагают, например Cisco, Logitech) и они довольно сносно справляются с одной из главных задач камеры ВКС, которая заключается в обеспечении крупного плана лица докладчика. Достигается это путем выделения фрагмента изображения на сенсоре. Такой подход называется ePTZ (электронный PTZ). В числе главных недостатков - ограниченное поле действия (камера все же фиксированная), низкая светочувствительность по сравнению с оптикой PTZ-камер и достаточно высокая стоимость.

В итоге, самым эффективным и поэтому популярным решением остается использование традиционной PTZ-камеры с физическим приводом по осям для изменения поворота, наклона и приближения. Такая камера способна показывать как весь зал целиком, так и лица отдельных докладчиков к тому же обычно она устанавливается таким образом, что для говорящего естественно смотреть в сторону объектива.

Поворотные камеры для ВКС - технические нюансы

Отметим, что поворотные камеры применяются не только в ВКС. Похожая технология активно используется и в системах охранного видеонаблюдения (СВН), где PTZ IP-камеры очень популярны. Но не стоит ставить знак равенства между такими устройствами. Несмотря на схожесть подхода, технологии, используемые в камерах для видеоконференцсвязи и СВН, существенно отличаются, что связано с различиями в спектре решаемых задач.

Скорость передачи и качество видео. В случае IP-камеры для видеонаблюдения вполне допустима относительно низкая скорость кодирования видеосигнала - зачастую задержка, скажем, в пять секунд не является проблемой. В то же время для видеосвязи существенна и критична даже задержка в полсекунды. Поэтому модели для СВН могут позволить себе использование относительно медленных аналоговых или Ethernet-интерфейсов для передачи данных, а ВКС-камеры подключаются по гораздо более скоростным каналам USB 3.0 или HDMI (кстати, некоторые производители снабжают модели HDMI-разъемами собственной разработки, куда добавляют также и питание, чтобы к камере подсоединялся всего один кабель).

Различие также наблюдается и в таком параметре как количество кадров в секунду (FPS). У ВКС PTZ-камеры этот показатель обязательно должен поддерживаться на уровне 30-60 fps, чтобы изображение на экране выглядело натуральным и «живым». В то время как охранной IP-камере для выполнения большинства задач вполне достаточно и 5 fps. Обратите внимание - не важно, идет ли речь о PTZ HD-камере или же UltraHD-системе - если кадры обновляются реже, чем за 1/30 секунды, качество сеанса видеосвязи будет восприниматься как низкое, даже при высоком графическом разрешении.

Кроме того, любая PTZ-камера, оснащенная интерфейсом USB 3.0, снабжается встроенным аппаратным кодировщиком, что позволяет ей самостоятельно сжимать видеопоток, который транслируется в сеть. Такая функция значительно снижает нагрузку на терминал ВКС. Есть и более совершенные решения, например, камеры компании Logitech поддерживают возможность компрессии видео вообще без использования ЦП компьютера. Конечно, для того, чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами новых технологий, они должны поддерживаться также на уровне ПО, используемого для организации ВКС. Хорошим выбором в данном случае будет TrueConf Terminal - к неоспоримым преимуществам данного программного продукта относится, не только широкая совместимость с новейшими моделями PTZ-камер, но и то, что он распространяется бесплатно.

Требования к освещенности. Работа в условиях низкой освещенности - еще один важный фактор. Камера для переговорной комнаты или конференц-зала должна четко передавать, различные мелочи: оттенок и тон кожи (люди ведь должны выглядеть на экране естественно, «как в жизни») при различных типах освещения. Требования для охранной камеры здесь гораздо мягче, ей достаточно передать четкое изображение объекта или обстановки без учета цветовых нюансов.

Особенности оптики. ВКС-камеры обычно снабжаются объективом с широким углом обзора для охвата как можно большего числа участников переговоров, а также для того, чтобы люди располагающиеся близко к камере попадали в поле зрения объектива, без необходимости приближения. Следствием этого фактора также является и специфика фокусного расстояния объектива - у камер для СВН фокус, обычно направлен «в бесконечность». В поворотных моделях для ВКС обычно подбирается такое фокусное расстояние, чтобы была возможность охватить диапазон в пределах от 1 до 10 метров. Этого вполне достаточно для отображения как впереди сидящих участников, так и тех, кто находится, скажем, в конце стола переговоров или на дальних рядах.

Время работы и возможности управления. Важной особенностью PTZ-камер для ВКС является наличие механизмов защиты от перегрева и выгорания, что позволяет им сохранять работоспособность на протяжении долгого срока, без риска выходя из строя. Ведь нередко переговорные комнаты бывают задействованы каждый день в течение всего рабочего времени.

Удаленное управление. Обычно PTZ IP-камеры управляются и настраиваются посредством веб-интерфейса, модели, предназначенные для ВКС должны контролироваться при помощи пульта управления. Соответственно, здесь необходима поддержка специальных протоколов UVC или VISCA/PELCO, работающих по интерфейсам RS 232/485. Это важно, в частности для решения задачи автонаведения и автотрекинга.

Скорость и надежность привода камеры. Этот параметр крайне важен, ведь PTZ-камера для ВКС должна наводиться быстро и точно, причем смена позиций может происходить много раз в течение короткого времени. Соответственно, привод, отвечающий за позиционирование устройства должен быть надежным, долговечным, быстрым и прецизионным (данные характеристики ощутимо превосходят те, которые допускаются в случае PTZ-камер для видеонаблюдения). Особенно важна высокая точность наведения при использовании приближения, поскольку в этом случае даже минимальное смещение камеры ощутимо повлияет на позиционирование человека в кадре.

Чтобы добиться требуемых параметров используется несколько основных технологий позиционирования:

• Механическая система (сервоприводы вращают шестеренки в основе камеры). Классический, наиболее распространенный подход, недостатком которого является ощутимый звук при поворотах и часто недостаточно высокая точность;
• Гибридная система. В этом случае камеры оснащаются механическим приводом и цифровым увеличением. Недостатки те же, что и в предыдущем случае;
• Электронный PTZ (ePTZ) - это, по сути, симуляция физического процесса наведения камеры с очень высокой точностью позиционирования;
• Магнитная технология. На сегодняшний день является и наиболее прогрессивной с технической точки зрения. В этом случае специальный магнитный привод позволяет направлять камеру бесшумно и с очень высокой точностью. К недостаткам можно отнести высокую стоимость, поэтому PTZ-камеры с магнитным приводом используются только в самых дорогих ВКС-системах.

На практике, в большинстве случаев, оптимальным решением по соотношению цены и качества являются все же модели камер с механическим приводом.

Тип крепления. Этот параметр также важен. Современная камера для ВКС должна иметь возможность установки над любым типом экрана - будь то ЖК-телевизор или специальная видеопанель.

Если необходимо организовать систему видеоконференцсвязи для переговорной комнаты или большого зала, то оптимальным решением, несмотря на наличие альтернатив, здесь будет использование одной или нескольких PTZ-камер. К техническим особенностям таких устройств, делающих их незаменимыми в своем роде, относятся такие качества как:

• Высокая скорость обработки и передачи видеосигнала - без искажений и задержек;
• Разрешение FullHD (UltraHD в ближайшем будущем);
• Наличие функции автонаведения, автотрекинга, сенсора глубины (чтобы отделять говорящего от фона) и т.д.;
• Наличие высокоскоростных интерфейсов подключения (USB 3.0, HDMI);
• Идеальная цветопередача даже в условиях низкой или меняющейся освещенности, а также качественное «живое» отображение картинки;
• Специальные объективы, оптимизированные для работы в условиях; ограниченного пространства переговорных комнат и конференц-залов;
• Особый высокоскоростной прецизионный привод позиционирования камеры;;
• Длительное время непрерывной работы;
• Специальный тип крепления;
• Совместимость с современными (в т.ч. бесплатными) версиями ПО для ВКС.

Вместе с тем, как показывает практика, для получения идеальных характеристик видео лучшим вариантом будет использование не одной, а двух PTZ-камер одновременно, особенно, если речь идет о достаточно большом зале или значительном количестве участников.

Как не сломать PTZ-камеру.

PTZ-камера для видеоконференцсвязи - сложный и достаточно хрупкий механизм сломать который очень просто. При этом повреждение камеры вследствие неправильной эксплуатации не является гарантийным случаем у любого производителя! Но, если соблюдать все меры предосторожности, то устройство прослужит долгие годы и сохранит все ключевые характеристики. Итак, чего же не стоит делать с камерой, чтобы случайно ее не сломать механизм позиционирования и не вывести из ее строя:

• Не берите камеру за объектив, если ее надо перенести;
• Не стоит наклонять объектив руками - вверх более чем на 90° и вниз свыше 30°;
• Во время работы или транспортировки камеры рекомендовано удерживать руками основание.

И, конечно же, перед началом эксплуатации стоит внимательно изучить инструкцию к устройству. Как ни странно, следование именно этому, вполне очевидному совету, спасает от большинства неприятностей в процессе пользования любым устройством - и PTZ-камеры не исключение.

В некоторых сферах современной жизни обрели свою популярность поворотные камеры видеонаблюдения. Из расшифровки аббревиатуры PTZ можно сделать вывод о том, что в таких камерах предусмотрена возможность управления движущим механизмом (Pan/Tilt/Zoom – панорамирование/наклоны/масштабирование). Таким образом управлять PTZ камерами можно удаленно, вручную регулировать ее положение с возможностью разворота на 360°, находясь за экраном монитора, и при необходимости увеличивать изображение. Эта особенность данного типа устройств позволяет заменить несколько статичных камер одной поворотной. Также можно запрограммировать устройство на автоматическую реакцию на изменяющиеся события в кадре.

Управление PTZ камерами

Возможность управления PTZ камерами реализуется за счет наличия в устройствах электромеханического привода, который обеспечивает возможность вращения и наклона поворотной камеры. Также подобные камеры оборудуются встроенным оптическим трансфокатором, который позволяет удаленно регулировать фокусное расстояние объектива. Управление механизмом осуществляется дистанционно при помощи в случае подключения цифровых камер по сетевому протоколу, или посредством пульта управления аналоговыми камерами.

В ручном управлении камерами нет ничего замысловатого – оператор сидит за экраном компьютера, и при помощи джойстика или клавиатуры осуществляет поворот камеры в необходимом направлении.

Автоматика современных PTZ камер работает по принципу реакции на изменение пикселей в определенном участке кадра. Другими словами, программа устройства при возникновении движения в области кадра замечает это, и при перемещении объекта в пространстве поворачивает камеру вслед за ним, а с прекращением движения останавливает камеру. После того, как движущийся объект покинул зону обзора, камера автоматически возвращается в исходное положение. Также возможна настройка чувствительных областей кадра, при возникновении движения в которых будет срабатывать автоматика. Можно сделать нечувствительными те зоны, в которых движение происходит постоянно, и в принципе не является существенным основанием для срабатывания датчика, например, вольер с собакой.

В большинстве поворотных камер реализована функция автоматического патрулирования территории, которая позволяет осуществлять автоматическое движение камеры по заданному маршруту. В зависимости от модели можно задавать от 8 до 200 предустановок.

Функция автопереворота обеспечивает автоматический разворот камерного блока на 360° при достижении механического ограничителя, после этого камера продолжает двигаться по заданному маршруту.

Прочие характеристики

Оптическое увеличение объектива аналоговых PTZ камер может достигать 36х, цифровых – 22х. Максимальный показатель цифрового увеличения 18х.

Как и фиксированные камеры, поворотные устройства могут оснащаться различными датчиками событий с реакцией на движение, шум и пр. Также реализуются стандартная функция автоматического перехода в черно-белый режим съемки с наступлением темноты (функция день/ночь). Помимо всего прочего, все купольные и полусферические устройства оснащаются встроенными диоды ИК подсветки для .

Варианты исполнения

Поворотные камеры видеонаблюдения, как и статичные, различаются между собой по корпусному исполнению. Помимо подразделения на уличные и внутренние, PTZ камеры бывают корпусные, купольные и полусферические, но наибольшую популярность получили именно купольные устройства видеозахвата ввиду своей надежности обусловленной расположением всего механизма под «куполом». Антивандальный корпус купольных поворотных камер надежно защищает их от всевозможных механических воздействий и неблагоприятных условий эксплуатации.

При помощи купольной камеры можно настраивать область обзора под прямым углом вниз и осуществлять панорамирование на 360°. Благодаря особенности строения сферических купольных камер все они имеют мощную ИК подсветку.

Полусферические уличные камеры, как и купольные, имеют высокую защиту от воздействий окружающей среды благодаря нахождению всех частей подвижного механизма внутри герметичной полусферы.

Механизм корпусных поворотных камер тесно граничит с окружающей средой, поэтому их защищенность от атмосферных воздействий очень низкая. Из-за этой особенности применение корпусных поворотных камер ограничено внутренними помещениями при отсутствии неблагоприятных условий в виде повышенной влажности и запыленности.

Разновидности поворотных камер

Как и любые другие камеры, PTZ имеют четкое разделение на аналоговые и цифровые устройства.

В качестве аналоговых PTZ камер сегодня целесообразнее всего применять . Выбор в пользу данного типа устройств может быть сделан исходя из показателей простоты подключения, а также высокого разрешения изображения (HD, Full HD), сопоставимого с IP устройствами видеонаблюдения, которым не могут похвастаться старые аналоговые камеры. Простота подключения AHD камер обуславливается возможностью передачи сигналов видео, аудио, и управления поворотным механизмом по одному коаксиальному , когда как для простых аналоговых устройств пришлось бы прокладывать отдельный кабель для управления.

Поворотные IP камеры имеют высокое разрешение изображения, а также могут быть напрямую подключены к сети интернет или интегрированы с облачными сервисами для удаленного видеонаблюдения и управления движущим механизмом камеры с любого гаджета из любой точки земного шара при наличии выхода в интернет. Передача всех сигналов осуществляется по одному UTP кабелю () типа 5е.

Купольная поворотная IP WiFi камера IVUE-IV8513PZ

В качестве примера уличной поворотной IP камеры приведем модель IVUE IV8513PZ, с матрицей 1,3 MP, и максимальным разрешением записи 720p (1280х720). Реализация технологии Wi-Fi обеспечивает возможность беспроводного соединения камеры с роутером для настройки удаленного доступа через интернет, доступа к устройству с мобильного телефона или компьютера. Также в данной реализована технология WDR (широкий динамический диапазон), которая позволяет вести видеонаблюдение в сложных условиях с неравномерным распределением освещения. Просмотр видеопотока с камеры и управление поворотным механизмом производится через CMS программу, или интерфейс браузера. IVUE IV8513PZ имеет встроенный датчик движения, ИК фильтр и ИК подсветку дальностью до 10 метров. Диапазон рабочих температур от -30 до +50°C. Стоимость устройства на момент написания статьи составляет около 21 т. р. К слову говоря, ценовой диапазон практически всех поворотных уличных камер приблизительно равен или начинается с этой цифры, за исключением некоторых моделей.

Область и особенности применения

Благодаря поворотному механизму можно при помощи одной PTZ камеры обеспечивать контроль над всей территорией. На сегодняшний день данный тип камер получил широкое распространение в системах безопасности магазинов, крупных торговых центров, банках, школах, в общем везде, где необходим круговой обзор территории объекта и возможность мгновенного увеличения очага тревожного события.

Чаще всего для достижения максимальной эффективности системы видеонаблюдения поворотные PTZ камеры используются вкупе с фиксированными устройствами видеозахвата, когда статичные камеры постоянно «бдят», а поворотные включаются в работу в случае необходимости оперативной реакции на неординарное событие для получения достойной детализации изображения путем оптического увеличения.

Исходя из места установки, поворотные камеры видеонаблюдения могут использоваться как внутри помещений, так и снаружи. оснащаются специальным герметичным кожухом, который защищает устройство от низких и высоких температур, атмосферных осадков, влаги и пыли. В корпус некоторых уличных камер встраивается система обогрева, благодаря которой обеспечивается бесперебойная работа устройства даже в сильные морозы. Поэтому, при выборе камер для эксплуатации в низких температурах необходимо обращать внимание на диапазон рабочих температур. Данный параметр у большинства типов наружных PTZ камер находится в пределах от -50 до +60°C.

По статистике портала IPVM - поворотные камеры () используются в проектах все реже и реже. Еще 10 лет назад таких камер в системах было до 40%, теперь же этот показатель не дотягивает и до 10%. По нашей статистике, на каждые 100 реализованных камер приходится всего 2-3 «поворотки». Их могло бы быть больше, но после того, как мы задаем Заказчику пару простых вопросов, он нередко отказывается от идеи с PTZ камерами.

Заказчик сам просит поворотную камеру (PTZ камеру) как правило, насмотревшись боевиков, детективов и прочих голливудских (и не только) творений. Крутой коп просматривает запись вчерашнего ограбления, командует оператору «поверни, приблизь, улучши изображение, распечатай это лицо и разошли всем нашим». И как он, спрашивается, может повернуть и приблизить то, что было снято вчера?

Когда лучше подумать об альтернативе?

Наша компания, как и все на рынке, имеет свою нишу. Мы работаем с «коммерческим сегментом», в основном с малым и средним бизнесом. Среди наших клиентов много офисов, магазинов, складов, частных домов и дач и т.д. В большинстве случаев на таких объектах нет оператора системы видеонаблюдения, отслеживающего происходящее в реальном времени. Основная задача в таких системах - увидеть, что произошло «вчера», т.е. к видеоархиву обращаются по факту уже случившегося негативного события.

В отсутствие оператора (а то и пары операторов, работающих посменно), камера смотрит туда, куда она смотрела, когда к ней последний раз обращался оператор. Происходящее в это время в другой части помещения совершенно не контролируется.

Можно включить поворотную камеру в режиме непрерывного патрулирования, когда она по очереди обходит заданные точки. Но, по закону подлости, именно в тот самый момент происшествия, камера будет смотреть в другую сторону. Частично эту проблему решает использование специального ПО, позволяющего работать PTZ камере в связке с одной или несколькими обзорными, поворачиваясь на движение, обнаруженное обзорной камерой. О таком решении мы расскажем ниже.

Альтернативное решение, которое мы, как правило, и рекомендуем - установить несколько фиксированных камер высокого разрешения, покрыв все помещение постоянной зоной обзора с приличным уровнем детализации. Собственно, частое применение PTZ камер в прошлом связанно именно с тем фактом, что для получения полного покрытия с хорошей детализацией нужно было установить множество (иногда - десятки) аналоговых фиксированных камер.

С появлением и удешевлением ip-камер высокого разрешения задача сильно упростилась. Например, 3 камеры с разрешением в 3 мегапикселя и углом обзора около 30 градусов (каждая) обеспечат увереннуюидентификацию лица человека при горизонтальном линейном разрешении 300 пикселей/метр (ширина лица человека ~55 пикселей) на расстоянии до 15 метров, покрыв помещение более 200м.кв площадью. Безусловно, PTZ-камера может обеспечить туже детализацию с куда большего расстояния, но… об ограничениях мы уже написали выше.

Итак, если у вас нет оператора, постоянно следящего за происходящим через монитор системы видеонаблюдения, целесообразность использования PTZ камер - под вопросом.

Когда без PTZ не обойтись?

Иногда, даже если оператора за пультом нет, поворотные камеры остаются незаменимыми.

Случай первый. Иногда система видеонаблюдения используется не для обеспечения безопасности, разбора ЧП и т.д., а для организации «эффекта присутствия». Например, компания франчайзор (тот, кто передает свою франшизу множеству магазинов) желает иметь возможность видеть выкладку товаров, соблюдение фирменного стиля, отсутствие левого товара и т.д. Магазины разбросаны по всей России и посылать с проверками супервайзера в каждый из них весьма накладно. Выход - по условиям франшизы франчайзи (тот кто приобретает право использования марки) обязан установить в магазине PTZ камеру и предоставить к ней доступ «наверх».

Случай второй. Очень большая территория, сложности монтажа и т.д. Хорошая с мощным оптическим зумом способна «отработать» человека на удалении до 100м., т.е. покрыть более 30 тысяч квадратных метров, покрыть которые фиксированными камерами будет весьма проблематично и накладно. Но кто будет «крутить камерой» если у нас нет оператора?

Как мы уже упоминали выше, существуют решения, позволяющие автоматизировать этот процесс. Например, интеллектуальный модуль Trassir ActiveDomePlus, обеспечивающий автоматическое управление поворотными камерами без участия оператора для сопровождения целей.

Данный подход требует наличия в системе как минимум двух камер, одна из которых - фиксированная обзорная, другая - поворотной, имеющая объектив с трансфокатором. При обнаружении обзорной камерой движения, PTZ камера поворачивается в данном направлении и приближает движущийся объект. Могут применяться различные комбинации обзорных и поворотной камер в зависимости от специфики объекта. Количество обзорных видеокамер может быть неограниченным. По заверениям разработчиков, система видеонаблюдения, оборудованная комплектом из двух видеокамер (обзорной и PTZ), является эквивалентом видеокамеры с разрешением в 380 Мегапикселей с записью только движущихся объектов, что существенно экономит дисковое пространство. Однако существуют некоторые сложности при возникновении движения сразу в множестве зон обзора, поэтому данное решение может не подойти например, для мест массового скопления людей и скорее подойдет для территорий, где любой движущийся объект требует внимания (заводские территории, складские комплексы и т.д.).

Таким образом, если вы подумываете о внедрении поворотных камер, вспомните о таких важных пунктах:

• несколько фиксированных камер высокого разрешения покроют тоже пространство, причем полностью и постоянно
• стоить эти несколько камер будут соизмеримо стоимости одной PTZ
• если у вас нет оператора, постоянно дежурящего за монитором, то кто будет управлять поворотными камерами?
• автоматизация управления ptz камерами в значительной мере нивелирует недостатки, изложенные выше. И хотя такое ПО и стоит дополнительных денег, его применение оправданно в большинстве случаев

Остались вопросы? Нужно помочь определиться с выбором? Звоните или пишите нам, наши специалисты будут рады помочь!

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.

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 . 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 . 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

Pelco-D - is a PTZ-camera control protocol developed by the same name by Pelco. As a rule, used over RS482/485 interface for communicating with cameras equipped with servo drives.

Pelco-D protocol has in the arsenal of a set of standard commands, as well as advanced instruction set. This article will look at how to work with a standard set of commands. Protocol Pelco-D Let us examine the example of the abstract and the abstract command source SDK, which receives the message for onward transmission to its RS485 interface. This reservation was made deliberately, because it is such a challenge recently stood in front of me.

Therefore there is a protocol by which data is transmitted, and further understand the data transmitted to the SDK, which sends a message already in the RS485 transmission path. Below is a picture in which there is a yellow square. It is in this function and will form the necessary us the message you want to convey in the SDK.

Message Structure

Post Pelco-D protocol consists of 7 bytes. Let us analyze the value of each byte:

1. Byte synchronization - always has #FF value in hexadecimal;
2. Address - address byte PTZ-camera or any other device on the RS485 / 482 line;
3. Command 1 - the first byte standard commands Pelco-D;
4. Command 2 - the second byte standard commands Pelco-D;
5. Data 1 - byte rotation speed camera left / right, is from #00 to #3F;
6. Data 2 - speed bytes tilt the camera up / down, is from #00 to #3F;
7. Checksum - is an 8-bit bytes by the sum of the 2nd to 6th.

Standard set of commands

To send the message must be necessary to form two teams messages. If the data will not be passed on, then it will be necessary to set the zero value bit responsible for this or that functionality.

Consider the structure of commands.

Sense bit charge is meaning of bits 3 and 4. When the bit is lifted, the set bits 3 and 4 have the camera and the auto scan switch, respectively, otherwise raised by bits 3 and 4 have the shutdown. Bits 5 and 6 are reserved and should be set to 0. Other settings are responsible for the diaphragm (Iris), Focus (Focus), Zoom (Zoom), Tilt (Tilt), Rotate (PAN). To enable these parameters should be set to activate the corresponding bits in the unit.

Examples of commands

Rotation to left: FF 01 00 04 00 00 05
Rotation to right: FF 01 00 02 00 00 03
Tilt up: FF 01 00 08 00 00 09
Tilt down: FF 01 00 10 00 00 11
Zoom +: FF 01 00 20 00 00 21
Zoom -: FF 01 00 40 00 00 41

Sample code

In this abstract code was created in a vacuum, such a situation that the function of these values fall:

• address;
• PanSpeed - rotation speed with the direction, from - 100 to +100;
• TiltSpeed - Tilt speed with the direction, from -100 to +100;
• ZoomSpeed - Zoom speed with direction, from -100 to +100. Why so submitted data for Zuma - is a question for me, given that Pelco is no speed setting, but that is what it is.

But SDK has already formed a team takes a pointer to an array of data, and an indication of the length of the array. The result is the following code.

Void ptzCmd(int addressPTZ, int panSpeed, int tiltSpeed, int zoomSpeed) { unsigned char *dataPelco; unsigned char address, command1, command2, data1, data2, checkSum; address = command1 = command2 = data1 = data2 = checkSum = 0x00; dataPelco = (unsigned char*) malloc(7); memset(dataPelco,0,7); address = (unsigned char)addressPTZ; if(panSpeed < 0) { command2 |= 0x04; panSpeed *= (-1); } else if(panSpeed > 0) { command2 |= 0x02; } data1 = (unsigned char)panSpeed*63/100; if(tiltSpeed < 0) { command2 |= 0x10; tiltSpeed *= (-1); } else if(tiltSpeed > 0) { command2 |= 0x08; } data2 = (unsigned char)tiltSpeed*63/100; if(zoomSpeed < 0) { command2 |= 0x40; } else if(zoomSpeed > 0) { command2 |= 0x20; } checkSum = address + command1 + command2 + data1 + data2; checkSum %= 100; dataPelco = 0xFF; dataPelco = address; dataPelco = command1; dataPelco = command2; dataPelco = data1; dataPelco = data2; dataPelco = checkSum; sdk_write_pelco_cmd(7, dataPelco); // 7 - это длина сообщения free(dataPelco); }