AGC
Giúp Bạn Lựa Chọn Camera An Ninh
(Dịch từ : Bản tiếng Anh “Selecting The Right CCTV Camera” của Bosch security)
Giới thiệu
Khi thiết kế hệ thống CCTV(Closed circuit television - Hệ
thống giám sát ) bất kể bạn dùng công nghệ nào, cũng có
các vấn đề cơ bản nhất cần giải quyết. Vậy những vấn đề
cơ bản đó là gì?
Rất đơn giản, dưới đây là 3 vấn đề cơ bản nhất, là 3
điều kiện cần của bất kỳ hệ thống camera giám sát nào:
• Detection – Phát hiện được sự kiện xảy ra
• Recognition – Xác định chính xác sự kiện đang xảy ra
• Identification –Nhận diện được đối tượng giám sát
Khi bạn đã xác định chính xác các vấn đề trên, bạn sẽ tiếp tục
lựa chọn cân nhắc loại camera phù hợp để xây dựng một hệ thống với
Detection -Phát
hiện sự kiện
thông số, tính năng, hoạt động và chi phí phù hợp với công trình
và ngân sách của bạn. Đó là các yếu tố :
• Yêu cầu về chất lượng hình ảnh
• Kích thước, độ phân giải của hình ảnh
• Điều kiện ánh sáng (xem có cần thêm đèn hồng ngoại
hay ánh sáng hỗ trợ hay không)
Recognition - Phân
biệt sự kiện
• Môi trường sử dụng (trong nhà,ngoài trời, các yếu tố vật lý,
hóa học, cơ học…để chọn phụ kiện thi công hợp lý)
• Nguồn điện cung cấp
Sự lựa chọn camera phù hợp các yếu tố quyết định chất lượng hệ thống
giám sát của bạn. Ví dụ bạn cần giám sát trong môi trường ánh sáng tối
bạn cần chọn loại camera hỗ trợ công nghệ ngày đêm(Day/Night), hoặc ở
những môi trường ngược sáng bạn phải sự dụng những camera chống
ngược sáng. Nếu giám sát ngoài trời thì phải dùng camera Outdoor hoặc
dùng thêm vỏ che…..Nói chung bạn phải chọn camera phải phù hợp theo
mục đích và yêu cầu hệ thống.
Identification - Nhận
diện từng cá thể
agc.vn
Giúp bạn lựa chọn camera an ninh
Cơ bản về camera an ninh
Cấu tạo của một camera an ninh rất phức tạp,có rất nhiều
khối vi mạch,bộ phận..Nhưng về cơ bản tất cả các camera an ninh đều
được cấu tạo từ các khối cơ bản
• Cảm biến hình ảnh (CCD) – chuyển đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện
• Ống kính (Lens) –Hội tụ điều chỉnh hình ảnh từ môi trường
• Mạch xử lý tín hiệu – Khuếch đại,mã hóa,điều chế,và truyền tín hiệu
thu được
Camera an ninh có loại cung cấp hình ảnh đen trắng,màu và kết hợp cả
hai loại day/night có nghĩa là có hình ảnh màu vào ban ngày và đen trắng
vào ban đêm.Camera đen trắng có ưu điểm là có độ phân giải cao và giá
thành rẻ hơn.Camera màu tuy đắt hơn nhưng có thể đáp ứng được tất cả
các nhu cầu về giám sát nhận dạng màu sắc,cả ngày lẫn đêm.Ngày nay
người ta chỉ phát triển camera màu và ngày nay công nghệ sản xuất
camera an ninh đã có những bước phát triển đột phá.
I.1 Video Signal – Tín hiệu hình ảnh
Tất cả các hình ảnh video chuyển động được tạo ra từ các ảnh chuyển động
hoặc các khung hình. Mỗi khung hình bao gồm 2 thành phần.Một thành phần
được tạo ra khi cảm biến hình ảnh quét 262 dòng trong một nửa thời gian
hiển thị và quét tiếp 262 dòng trong một nửa thời gian còn lại.Hai quá trình
này tạo ra một hình ảnh hoàn chỉnh với 525 dòng.Khi đồng bộ thời gian chúng
sẽ tạo ra một hình ảnh chuyển động hoàn chỉnh theo tỷ lệ 2:1
Camera an ninh sử dụng điện áp xoay chiều để đồng bộ hóa quá trình này
tạo ra các đoạn video chuyển động.Ở Mỹ sử dụng tần số 60Hz luân phiên
mỗi video có 60 dòng 30 khung hình.Tại châu Âu và các nước khác sử dụng
tần số 50Hz có 50 dòng quét và 25 khung hình /1giây.Những hình ảnh
chuyển động được tạo ra từ quá trình này khi tới mắt người sẽ như các hình
ảnh chuyển động thật
Giá trị điện áp tổng được tạo ra 1volt từ đáy của xung đồng bộ tới đỉnh của
mức trắng tạo ra một mức điện áp Vp-p.Thành phần độ chói của tín hiệu có
giá trị từ 0.3 đến 1V hoặc cực đại là 0.7-1V.Có thể coi đây là một tín hiệu thị
tần toàn bộ,đồng bộ tín hiệu hình ảnh trong một tín hiệu đơn
I . Image Sensors - Cảm biến hình ảnh
Bộ phận quan trọng nhất của camera an ninh là cảm biến hình ảnh
(CCD) . Một cảm biến hình ảnh bao gồm một bảng mạch nhỏ gồm các
photodiode rất nhạy cảm với ánh sáng,chúng chuyển đổi tín hiệu quang
thành tín hiệu điện,mỗi diod khi bị ánh sáng tác động sẽ sản sinh một
điện áp tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng nó nhận tác động,khi không có
ánh sáng tác động chúng sẽ không tạo ra mức điện áp nào cả lúc này
chúng sẽ tạo ra một mức đen,khi có ánh sáng ở mức cao nhất chúng sẽ tạo
ra mức đen,khi ánh sáng ở giữa 2 khoảng này thì sẽ tạo được mức
xám.Cứ như vậy tùy theo cường độ của ánh sáng tác động vào cảm
biến,cảm biến sẽ tạo ra các tín hiệu hình ảnh mang thông tin màu sắc
của hình ảnh.
I.2 CCD Format Size – Các chuẩn kích thước cảm biến
Camera an ninh sản xuất ra đầu tiên có dạng hình trụ tròn,kích thước của cảm
biến được xác định bằng đường kính của ống tròn hay đường chéo của cảm
biến.Cho đến ngày nay cảm biến hình ảnh có dạng hình chữ nhật bằng một
tấm silic mỏng,người ta vẫn dùng phương pháp đo đường chéo để xác định
kích thước cảm biến
Cảm biến hình ảnh
Các kích thước cảm biến (tính bằng millimet)
1 Pixel
Bộ phận xử lý tín hiệu sẽ xử lý những tín hiệu này thành tín hiệu video
đưa tới hiển thị trên màn hình giám sát hoặc thiết bị ghi hình
trong hệ thống. Tuy nhiên các mức thay đổi ánh sáng mà cảm biến hình
ảnh CCD có thể nhận diện được vẫn còn những hạn chế nhất định
Ví dụ đối với những ánh sáng quá chói,tần số nhấp nháy cao…
agc.vn
Cảm biến hình ảnh càng lớn thì hình ảnh thu được càng sắc nét.Nhưng càng
lớn thì đồng nghĩa với giá thành càng cao.Chính vì vậy bạn phải cân nhắc để
lựa chọn loại camera có cảm biến vừa với nhu cầu của bạn
Bạn chú ý lựa chọn cảm biến cũng phải phù hợp với ống kính,vì mỗi ống
kính được thiết kế riêng cho từng cảm biến hình ảnh khác nhau
Giúp bạn lựa chọn camera an ninh
II . Lenses-Ống kính
Ống kính là con mắt của camera giám sát,thành phần không thể
thiếu để tạo ra các hình ảnh.Ống kính thực hiện hai chức năng chính,
thứ nhất –Xác định kích thước,khoảng nhìn hiển thị trên màn hình đây là
tính chất tiêu cự .Thứ hai-Kiểm soát lượng ánh sáng (độ hội tụ ánh sáng )
vào cảm biến hình ảnh,đây là tính chất hội tụ (iris).Tiêu cự hay độ hội
tụ, các thông số này có thể thay đổi bằng tay (ví dụ điều chỉnh zoom) hoặc
điều chỉnh tự động trên camera
II . 1 Phân loại ống kính
Làm thế nào bạn có thể lựa chọn chính xác ống kính?
Ống kính có rất nhiều đặc điểm tùy theo yêu cầu cụ thể
của bạn mà chúng ta có sự lựa chọn khác nhau :
Ống kính cố định
Ống kính cố định(Fixed Lens) là loại ống kính được dùng
phổ biến nhất,mức đầu tư thấp nhất.Việc lựa chọn tiêu cự
của loại ống kính này đọi hỏi bạn phải có một tính toán chính xác
(lắp vào là cố định) điều này dựa vào kích thước vùng bạn
giám sát và khoảng cách từ vật thể cần giám sát tới camera
có nhiều loại ống kính cố định thiết kế cho từng cảm biến
hình ảnh khác nhau,có loại góc mở 30 độ để quan sát vùng hẹp
60 độ để quan sát vùng rộng….
Ống kính tự động - Varifocal lenses
Ống kính tự động thì linh hoạt hơn,cho phép bạn điều chỉnh tiêu
cự và khoảng quan sát bằng.Mặc dù đắt hơn ống kính cố định một
chút nhưng loại ống kính này vẫn được dùng phổ biến nhất hiện
nay vì giúp người dùng có sự lựa chọn linh hoạt và chính xác góc
nhìn,và ống kính tự động cũng giúp đơn giản hóa quá trình thiết
kế hệ thống,chỉ cần chọn một ống kính có tiêu cự dao động phù hợp
là bạn có thể dùng tùy chỉnh cho cả hệ thống camera an ninh
Ống kính có khả năng lọc hồng ngoại - IR corrected lenses
Mắt người chỉ có thể nhìn thấy những ánh sáng trong dải
quan phổ nhìn thấy được,còn những ánh sáng ngoài dải này thì
không,những ánh sáng ngoài dải nhìn thấy là các tia hồng ngoại (IR)
vì tia hồng ngoại có bước sóng thấp nên ảnh hưởng đến độ nét và
màu sắc của hình ảnh thu được.Vì vậy các camera sử dụng công nghệ
cắt lọc hồng ngoại để lọc bỏ thành phân hồng ngoại trước khi
chúng đi vào cảm biến.Điều này có nghĩa là ống kính này không
tác động gì đến hệ màu camera của bạn.
Ống kính tự động thích hợp cho cả camera Day/Night
và camera đen trắng.Camera an ninh đa số đều nhận
diện được những ánh sáng hồng ngoại và hiển thị
hình ảnh thu được bao gồm các tia này.Trong thực tế
những camera không dùng ống kính lọc hồng ngoại
hình ảnh thu được rất mờ.Điều này do bước sóng của
ánh sáng hồng ngoại khác ánh sáng nhìn thấy được
chính vì vậy khi đi qua thấu kính chúng đi theo một
đường khác tạo ra một hình ảnh đan xen mờ
Á
nh sáng hồng ngoạiĐiểm hội tụ ánh sáng
hồng ngoại
Á
nh sáng nhìn thấy
Điểm hội tụ ánh sáng nhìn thấy
(a)
Do đó khi bạn dùng ống kính bình thường,khi chỉnh tiêu cự chính
xác vào ban ngày,thì vào ban đêm hình ảnh lại mờ và ngược lại
vấn đề làm thế nào để loại bỏ điều này?Rất đơn giản dùng
ống kính có tích hợp công nghệ lọc hồng ngoại,đưa hai điểm
hội tụ về cùng một mặt phẳng như hình (b) dưới đây
Á
nh sáng hồng ngoại Điểm hội tụ tại cảm biến
Á
nh sáng nhìn thấy
(b)
Ống kính lọc hồng ngoại không những được sử dụng trong
việc giám sát ban đêm mà sử dụng ở nhiều môi trường ánh sáng
khác nhau.Sử dụng loại ống kính này giúp cung cấp một hình ảnh sắc
nét,bởi vì tất cả ánh sáng hội tụ được tập trung tại một mặt phẳng
ahình ảnh thu được có độ nét khác xa,so với việc sử dụng ống
kính bình thường.
Ống kính zoom-Motorized zoom lenses
Ống kính zoom là ống kính có cấu tạo phức tạp nhất, nhưng cung
cấp đầy đủ những tính năng mạnh nhất,tiêu cự ống kính có khả
năng thay đổi trong một phạm vi rất rộng,giúp điều chỉnh góc nhìn
trong một môi trường quan sát rộng lớn.Khi phát hiện một đối tượng
người sử dụng có thể điều khiển zoom sát từng chi tiết
ống kính zoom được trang bị động cơ zoom và cơ
chế tự động cân bằng hội tụ,giúp người sử dụng có thể
khai thác các tính năng của ống kính ở mức tối đa.
Hình ảnh
thực Lọc hồng ngoại không lọc
hồng ngoại
agc.vn
Giúp bạn lựa chọn camera an ninh
II . 2 Chuẩn ống kính - Lens Format
Ống kính cũng được phân loại theo định dạng và kích thước.
các định dạng (1/2-inch, 1/3-inch, 1/4 inch, vv.) được đặt theo tỷ lệ
phóng to hình ảnh thu được tới ống kính.Chính vì vậy để định dạng
ống kính phù hợp với kích thước của bộ cảm biến hình ảnh
bạn có thể chọn ống kính có độ hội tụ lớn hơn hoặc bằng
kích thước của bộ biến hình ảnh sao cho cảm biến hình ảnh có thể
nhận được hết điểm hội tụ,hoặc trung điểm hội tụ của ống kính.
Sử dụng ống kính lớn thường có nhiều thuận lợi hơn trong việc
giám sát vì nó cung cấp tầm nhìn xa hơn (khoảng cách từ ống kính
tới vật cần giám sát ở khoảng cách xa ) .Ống kính lớn giúp người
sử dụng lấy được vùng ảnh ở khoảng cách rõ nét hơn và dễ dàng
phóng to một điểm tập trung nào đó,nhờ có độ hội tụ lớn và
giảm tỷ lệ méo hình ảnh.
II . 3 Kiểu lắp ống kính- Lens Mounts
Camera an ninh sử dùng kiểu lắp (kiểu ghắn) là “C” or “CS”
là hai kiểu gắn kết ống kính với camera.Sự khác nhau giữa
hai kiểu lắp này là khoảng cách từ mặt bích sau tới cảm biến
hình ảnh trong camera. Kiểu lắp C có khoảng cách tới
cảm biến hình ảnh lớn hơn CS 5mm nhờ một vành kim loại
chứa gen.
Hầu hết các camera ngày nay sử dụng dạng CS
vì sự nhỏ gọn và nhà sản xuất camera cũng có những chuẩn
CCD phù hợp cho dạng CS..
12.5 (mm)
Ống kính dạng lắp CS
(mặt bích sau)
Lắp CS
II . 4 Tiêu cự ống kính - Focal Length
Tiêu cự là khoảng cách từ quang tâm của thấu kính đến
tiêu điểm của thấu kính,điểm này tập trung tại cảm
biến hình ảnh,tiêu điểm là nơi hội tụ những ánh sáng thu
được tự môi trường.Thông thường một ống kính có
2 tiêu điểm một tiêu điểm chính và một tiêu điểm phụ
độ phân tán của ánh sáng tập trung tại cảm biến hình ảnh
giao động khi vị trí hai tiêu điểm này thay đổi.
Khoảng cách giữa 2 điểm chính và điểm phụ là thông số
tiêu cự của ống kính.
Tiêu điểm chính
Tiêu điểm phụ Tiêu cự
Tiêu điểm tại CCD
Đơn vị của tiêu cự là mm.Ống kính có dạng thường,loại
góc mở rộng, hoặc tiêu cự tùy chỉnh,các tiêu cự phù hợp
với từng yêu cầu cụ thể. Ví dụ, camera dùng cảm biến
1/3-inch, dùng ống kính 8mm lắp vào thì góc nhìn sẽ rất
rộng nhưng nếu lắp ống kính 125mm thì góc nhìn lại
hẹp mặc dù độ phóng đại của ống kính 125mm lớn
nhưng độ hội tụ lại không tập trung (phù hợp với CCD)
như ống kính 8mm.
Trục bề mặt
Ống kính dạng lắp C
Mặt phẳng tiêu điểm
(mặt bích sau)
Lắp CS
Vành kim loại
5
17.5
Các loại ống kính này có kiểu gen và kích thước giống nhau
nên có thể tùy chọn cho từng camera khác nhau
tùy vào góc nhìn,và độ hội tụ.
Tuy nhiên nếu việc lựa chọn sai ống kính hoặc điều chỉnh lệch
(lắp không chuẩn) sẽ làm hình ảnh thu được bị mờ hoặc
không nhìn thấy.
agc.vn
Giúp bạn lựa chọn camera an ninh
II . 5 Thị trường (trường quan sát) của ống kính - Field of View
Trường quan sát là phần diện tích camera có khả năng
nhìn thấy.Bạn hay nhìn hình dưới ở đây ta có một phòng
diện tích là 15ft x 15 ft ống kính 4mm(màu xanh lá
cây) có trường quan sát rộng hơn ống kính 12mm
(màu đỏ).
Trong hệ thống giám sát,trường quan sát rất quan trọng
,ví dụ ở hình vẽ dưới là một căn phòng khoảng 20 m²
nếu bạn cần nhận dạng rõ những ký hiệu nhỏ ở ngoài cửa
ra vào thì ống kính 8mm hoặc 12mm lại là sự lựa chọn
tốt hơn.Camera lắp ống kính 8mm nhìn ở khoảng cách 21ft
trườn quan sát cao 10ft rộng 13 feet lắp ống kính 12mm
thì chiều cao của thị trường là 6ft và rộng 9 ft
Tăng độ dài của tiêu cự thì làm giảm diện tích quan sát,nhưng
lại tăng được khoảng cách quan sát.Bạn hãy xem sơ đồ được
mô phỏng gần đúng (1ft = 0.3048m)
15 ft.
Trường quan sát có thể tính được theo cách dưới đây:
W/H w/h
w
W
= h
H
=
f
L
W =
H =
w =
h =
f =
L=
Chiều rộng vùng quan sát
Chiều cao vùng quan sát
Chiều rộng của cảm biến trong camera
loại1/2 = 6.4mm, 1/3 = 4.8mm,
1/4 = 3.6mm
Chiều cao của cảm biến trong camera
loại 1/2 = 4.8mm, 1/3 format = 3.6mm,
1/4 format = 2.7mm
Tiêu cự
Khoảng cách từ vùng quan sát tới camera
door
Ví dụ:
Bạn cần giám sát một đối tượng cao 6-foot (1.8m) bằng
camera an ninh qua màn hình. Đối tượng đo cách xa
camera 20 feet (6m). Camera bạn đang dùng sử dụng
cảm biến hình ảnh 1/3-inch.Chúng ta sẽ chọn ống kính như
sau:
h = 3.6mm
H = 1.8m = 1800mm
L = 6m = 6000mm
mms
12 len
15 ft. 8m
m
le
ns
camera
agc.vn
m
4m
le
ns
h = f
H L
3.6 = f
1800 6000
f = 12mm
Vậy bạn cần chọn ống kính có tiêu cự bằng 12mm là chuẩn nhất
cho việc giám sát đối tượng trên.
