Σύστημα CCTV : Βασικά κριτήρια επιλογής (Μέρος Α: Κάμερα – Φακός)

Ένας από τους τρόπους επιτήρησης χώρων, είναι και η χρήση συστήματος οπτικής παρακολούθησης, μέσω κλειστού κυκλώματος τηλεόρασης (CCTV).

Όλο και πιο συχνά, σήμερα, βλέπουμε να εγκαθίστανται κάμερες σε δημόσια και ιδιωτικά κτίρια, σε εμπορικά κέντρα και σταθμούς μέσων μαζικής μεταφοράς. Ποια είναι όμως τα βασικά κριτήρια επιλογής ενός τέτοιου συστήματος;

Η υλοποίηση μεσαίου και μεγάλου μεγέθους δημοσίων έργων CCTV στη χώρα μας, τα τελευταία χρόνια, με κορύφωση τα έργα που σχετίζονταν με την ανάληψη των Ολυμπιακών Αγώνων του 2004, χαρακτηρίστηκε σε αρκετές περιπτώσεις από προχειρότητα στις μελέτες, κακό σχεδιασμό, κατασπατάληση πόρων, ενώ και το επιχειρησιακό αποτέλεσμα δεν ήταν το αναμενόμενο. Η κύρια αιτία ήταν η απουσία εμπειρίας και τεχνογνωσίας από τους ανθρώπους, που είτε κλήθηκαν να θέσουν προδιαγραφές ή βρέθηκαν σε επιτροπές αξιολόγησης, με απόρροια να είναι εύκολη η χειραγώγησή τους από διάφορους  «ειδικούς συμβούλους».

Το ίδιο φαινόμενο παρουσιάζεται και στις επιχειρήσεις του ιδιωτικού τομέα, όπου την απόφαση για την επιλογή εγκατάστασης συστήματος CCTV παίρνουν άτομα χωρίς γνώση του συγκεκριμένου αντικειμένου (συνήθως ο ιδιοκτήτης ή ο υπεύθυνος μηχανοργάνωσης). Το αποτέλεσμα είναι να επιλέγουν (σε μεγάλο ποσοστό) με κριτήριο τη χαμηλότερη τιμή προσφοράς και κατόπιν να ανακαλύπτουν ότι το σύστημα που επιλέχθηκε, δεν ικανοποιεί τις ανάγκες της επιχείρησης.
Το παρόν άρθρο αναφέρεται στα χαρακτηριστικά, που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη, ώστε να επιλεγεί ο σωστός συνδυασμός φακού-κάμερας και να επιτύχουμε τα επιθυμητά αποτελέσματα, τόσο στην απεικόνιση της υπό επιτήρηση περιοχής, όσο και στην ποιότητα της εικόνας. Λάθος στην επιλογή, επηρεάζει την απόδοση ολόκληρου του συστήματος.

2. Σύστημα Φακού-Κάμερας
Ο φακός μπορεί να αποτελεί ξεχωριστό εξάρτημα ή να είναι ενσωματωμένος στην κατασκευή της κάμερας.
Σύμφωνα με το βιομηχανικό πρότυπο προσαρμογής του φακού στην κάμερα CS-mount, η απόσταση του οπίσθιου μέρους του φακού από τον αισθητήρα CCD είναι 12.5mm, ενώ σύμφωνα με το παλαιότερο C-mount, η απόσταση είναι 17.526mm. Ένας φακός C-mount μπορεί να χρησιμοποιηθεί με κάμερα CS-mount, με χρήση ενός δακτυλιδιού 5mm, αλλά ένας φακός CS-mount δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί με κάμερα C-mount.

2.1 Φακός
Οι βασικοί παράγοντες που πρέπει να εκτιμηθούν στην επιλογή ενός φακού, είναι:
2.1.1    Εστιακή απόσταση FL (focal length)
Ως εστιακή απόσταση FL ενός φακού, ορίζουμε την απόσταση του στοιχείου συλλογής και μετατροπής φωτός (CCD) της κάμερας, από το οπτικό κέντρο του φακού. H εστιακή απόσταση του φακού μετριέται σε mm και σχετίζεται άμεσα με το εύρος γωνίας της περιοχής που θέλουμε να εστιάσουμε (Field of View). Φακοί με μικρή εστιακή απόσταση, δίνουν μεγάλο εύρος γωνιών (ευρυγώνιοι φακοί), ενώ φακοί με μεγάλη εστιακή απόσταση, δίνουν μικρό εύρος γωνιών (τηλεφακοί).Σε αρκετές εφαρμογές, χρησιμοποιούνται πολυεστιακοί φακοί (variable focal length ή varifocal) και φακοί zoom, στους οποίους, η εστιακή απόσταση μπορεί να ρυθμιστεί σε ένα εύρος τιμών (π.χ. από 8mm – 48mm).

2.1.2 Σχέση Format φακού & διαστάσεων αισθητήρα της κάμερας
Οι διαστάσεις του αισθητήρα CCD επηρεάζουν το εύρος γωνίας της εστιασμένης περιοχής. Μικρότερες διαστάσεις δημιουργούν μικρότερες γωνίες, όταν χρησιμοποιούμε όμοιους φακούς (σχήμα 4).
Οι φακοί πρέπει να χρησιμοποιούνται είτε με κάμερες με το ίδιο format είτε με μικρότερo. Επομένως, ένας φακός 2/3΄΄ μπορεί να χρησιμοποιηθεί με 2/3΄΄, 1/2΄΄, 1/3΄΄, 1/4΄΄ format κάμερας, αλλά όχι με 1΄΄ format κάμερας. Διαφορετικά, κάμερα με 1/2΄΄ format, μπορεί να χρησιμοποιήσει φακούς στην περιοχή από 1/2΄΄ έως 1΄΄, όχι όμως φακό 1/3΄΄.
Στους φακούς zoom πρέπει να αναφέρεται το format του φακού, το εύρος της εστιακής απόστασης και ο παράγοντας μεγέθυνσης. Π.χ. φακός 2/3΄΄, 12.5-75 mm, 6:1 σε 2/3΄΄ format κάμερας, επιτυγχάνει το ίδιο αποτέλεσμα με φακό 8-48mm, σε 1/2΄΄ format κάμερας

2.1.3    Ίριδα (Iris)
Το ανθρώπινο μάτι έχει ένα διάφραγμα αυτόματης ίριδας, το οποίο ανοίγει και κλείνει για να δεχθεί το απαραίτητο επίπεδο φωτός, που ανιχνεύεται από τη ρητίνη και να επιτευχθεί η καλύτερη εικόνα. Οι φακοί έχουν ένα μηχανισμό ίριδας (είτε αυτόματο, είτε χειροκίνητο) για να προσαρμόσουν το επίπεδο του φωτός που ανιχνεύεται από το CCD και χαρακτηρίζεται από τον παράγοντα f-Stop (f#).
Πρακτικά, οι αριθμοί που εμφανίζονται στο δαχτυλίδι της ίριδας, όπως 1.4, 2.0, 2.8, 4.0, 5.6, 8.0, 11, 16, 22, C αντιπροσωπεύουν τον παράγοντα f-Stop. Το C δείχνει ότι η ίριδα του φακού είναι κλειστή και δεν μεταφέρεται φως. Όσο περισσότερο φως μπορεί να συλλεχθεί και να μεταφερθεί στο CCD, τόσο καλύτερη ποιότητα εικόνας θα έχουμε. Φακοί με μικρό f-Stop, όπως f1.4 ή f1.6 αφήνουν να περάσει περισσότερο φως, από ότι φακοί με μεγάλο f-Stop.
¶ρα, χαμηλό f-Stop σημαίνει ότι ο φακός μπορεί να αφήσει να περάσει περισσότερο φως σε σκοτεινές συνθήκες, επιτρέποντας στην κάμερα να παράγει καλύτερη εικόνα τη νύχτα, ενώ μεγάλο f-Stop μπορεί να είναι απαραίτητο, όπου υπάρχει υψηλό επίπεδο φωτός ή ανάκλασης. Γενικά, συνηθίζουμε να χρησιμοποιούμε φακούς αυτόματης ίριδας σε εξωτερικούς χώρους, όπου υπάρχουν μεταβολές στα επίπεδα του φωτός, ενώ φακούς σταθερής ίριδας για εσωτερικούς κυρίως χώρους, όπου το επίπεδο του φωτός παραμένει σταθερό.

2.2 Κάμερα
Θα αναφερθούμε σε κάμερες, που χρησιμοποιούν αισθητήρα τύπου CCD (Charge Coupled Device). To CCD δεν είναι παρά η συλλογή μικροσκοπικών φωτοευαίσθητων διόδων, οι οποίες μετατρέπουν τα φωτόνια (δηλαδή το φως) σε ηλεκτρόνια (ηλεκτρικά φορτία). O πίνακας 1 δίνει την αντιστοιχία των διαφόρων format κάμερας, με τις διαστάσεις του CCD. Η ποιότητα του σήματος που παράγει μια κάμερα, εξαρτάται κυρίως από τους ακόλουθους παράγοντες:

2.2.1    Τον αριθμό των ενεργών εικονοστοιχείων (active pixels)
Ο αισθητήρας CCD δεν είναι παρά ένας πίνακας εικονοστοιχείων (pixels). Όσο πιο πολλά διαθέτει, τόσο καλύτερη ευκρίνεια παρουσιάζει η παραγόμενη εικόνα, αυξάνεται δηλαδή η ανάλυση εικόνας της κάμερας. Δεν είναι όμως ο συνολικός αριθμός των pixels που χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση του φωτός και τη δημιουργία του σήματος video, αλλά ο ενεργός αριθμός τους (effective ή active pixels).

2.2.2    Ανάλυση εικόνας (Resolution)
Αυτό το χαρακτηριστικό έχει σχέση με την ικανότητα μιας κάμερας να αποδίδει τη λεπτομέρεια της εικόνας. Συχνά αναφερόμαστε στην οριζόντια ανάλυση (horizontal resolution), σε μονάδες TV lines.
Μια έγχρωμη κάμερα με ανάλυση 480 TV lines, θεωρείται υψηλής ανάλυσης (πρόσφατα  εμφανίστηκαν κάμερες, που αποδίδουν έγχρωμη εικόνα έως και 540 ΤV lines.).Προσοχή χρειάζεται όταν οι κάμερες διαθέτουν έξοδο σήματος Υ/C, εκτός από composite (είναι το σήμα video που διαχειριζόμαστε στην πλειοψηφία των συστημάτων CCTV και στο οποίο θα αναφερθούμε σε επόμενα άρθρα). Αν δεν διευκρινίζεται η ανάλυση που παρουσιάζει η κάμερα για κάθε έξοδο, αλλά δίνεται μια τιμή, τότε αυτή αναφέρεται στην Υ/C έξοδο (η τιμή για την composite έξοδο είναι μικρότερη). Αυτό σημαίνει ότι για να εκμεταλλευτούμε την ανάλυση που προσφέρεται στην Υ/C έξοδο, η εγκατάσταση του συστήματος θα πρέπει να γίνει με γνώμονα ότι απαιτούνται 2 καλώδια για τη μεταφορά του σήματος video, οι συσκευές διαχείρισης και καταγραφής πρέπει να διαθέτουν εισόδους/εξόδους Y/C κ.λπ  Επιπλέον, κάμερες που διαθέτουν αισθητήρες CCD με λιγότερα από 420.000 ενεργά εικονοστοιχεία, δεν είναι δυνατό να αποδίδουν 470 ή 480 TV lines στην έξοδο, για σήμα video composite.

2.2.3    Ευαισθησία (Sensitivity)
Είναι το ελάχιστο φως, που απαιτείται για να εμφανιστεί ευκρινής εικόνα από την κάμερα. Αυτό είναι βέβαια υποκειμενικό χαρακτηριστικό, που διαφέρει από άτομο σε άτομο. Υπάρχει η εσφαλμένη αντίληψη ότι από μόνο του, αυτό το χαρακτηριστικό, καθορίζει την ποιότητα της κάμερας. Στα τεχνικά φυλλάδια των κατασκευαστών, η ευαισθησία ορίζεται με διάφορους τρόπους, προσπαθώντας ο καθένας να αποδείξει ότι το προϊόν του είναι καλύτερο από των ανταγωνιστών. Για να αξιολογηθεί σωστά, θα πρέπει να ληφθούν υπόψη παράγοντες, όπως η οπτική ταχύτητα του φακού (f#), το AGC, ο λόγος S/N.

2.2.4    Ο λόγος σήματος προς θόρυβο S/N
Ορίζεται ως ο λόγος του παραγόμενου σήματος video, προς το σήμα θορύβου που εμφανίζεται (Signal/Noise). Ο θόρυβος, εμφανίζεται με τη μορφή κόκκων ή «χιονιού» στην εικόνα. Λόγος S/N=100:1 ή S/N=40dB [(S/N)dB=20log(S/N)] σημαίνει ότι η τιμή του σήματος video είναι 100 φορές πιο μεγάλη από ότι η τιμή του θορύβου. Ο πίνακας 2 εμφανίζει την ποιότητα του σήματος video της κάμερας, για τυπικές τιμές του λόγου S/N. Ο S/N επηρεάζει και την ευαισθησία της κάμερας, δηλαδή όσο πιο μεγάλος είναι, τόσο πιο ευαίσθητη είναι η κάμερα.

2.2.5    Κύκλωμα αυτόματης ενίσχυσης ( Auto Gain Control)
Στις περιπτώσεις που μειώνεται το φως, οι κάμερες διαθέτουν ένα κύκλωμα αυτόματης ενίσχυσης, για να επαναφέρουν το σήμα video στο επιθυμητό επίπεδο. Ταυτόχρονα όμως με την ενίσχυση του επιθυμητού σήματος video, ενισχύεται και ο θόρυβος, με αποτέλεσμα να μειώνεται ο λόγος S/N. Για πιο σωστή εκτίμηση της ποιότητας του σήματος, θα πρέπει ο λόγος S/N να ορίζεται με τον παράγοντα AGC απενεργοποιημένο (off). Το AGC θα πρέπει να ενεργοποιείται (οn) στις περιπτώσεις που υπάρχουν μεγάλες μεταβολές στο επίπεδο του φωτός που λαμβάνει η κάμερα (π.χ κάμερες εξωτερικού χώρου) και να απενεργοποιείται (off) όπου υπάρχει σταθερό επίπεδο φωτός (π.χ. κάμερες εσωτερικού χώρου).

3. Σύνοψη
Έγινε προσπάθεια να αναδειχθεί, ότι τα τεχνικά χαρακτηριστικά που εμφανίζονται στα φυλλάδια των κατασκευαστών, πρέπει να αξιολογούνται σωστά και με βάση τις απαιτήσεις και τις ιδιαιτερότητες της εγκατάστασης.
Πολλές φορές, η πληροφορία παρουσιάζεται με τέτοιο τρόπο, που είναι δύσκολο, από κάποιον που δεν διαθέτει εμπειρία, να εκτιμήσει την απόδοση ενός προϊόντος. Είναι υποχρέωση και ευθύνη των διαφόρων μελετητών-συμβούλων και των εταιρειών εγκατάστασης, να καθορίσουν τη βέλτιστη λύση, με γνώμονα τη μέγιστη απόδοση και την αξιοπιστία του συστήματος.

Πίνακας 1.

Το 1΄΄ format έχει εξαχθεί από την ανάπτυξη του σωλήνα εικονοληψίας vidicon, που έχει διάμετρο σωλήνα 1΄΄ (25.4mm) και ενεργή διάσταση ανιχνευτή, προσεγγιστικά, σε διάμετρο 16mm.

Πίνακας 2

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ-ΠΗΓΕΣ

• Herman Kruegle "CCTV SURVEILLANCE video practices and technology".  Butterworth-Heinemann 1995.
• Mike Constant and Philip Ridgeon " The Principles and Practice of CCTV"        2nd edition, Miller Freeman 2000
• Neil Cumming " SECURITY" 2nd edition, Butterworth-Heinemann 1992.
• CBC EUROPE LTD. "CCTV EQUIPMENT", 2005