Применение веб-камеры и систем видеонаблюдения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

              

                        Реферат

                   Тема: Применение веб-камеры

                      и систем видеонаблюдения

 

 

 

                        

                                                                                                 

 

 

 

 

 

                                                                                                      

                                           Содержание

1)  -   Что такое веб-камера

          *С помощью чего она работает

2)   -   История появления веб-камеры

           *Первый компьютер, подключенный к веб-камере

3)   -   Способы применения веб-камер

            *Для чего служит веб-камера

4 )  -   Принцип действия веб-камер

           * Устройство работы web-камеры: 

5)  -   Видеотелефония и видеоконференции

                *Программы, предназначенные для использования веб-камер

6)  -   В чем отличие  сетевой камеры от веб-камеры

               *Гибкость

               *Функциональные возможности             

               *Инсталяция

               *Легкость в использовании

               *Стабильность

               *Качество

              *Стоимость

  7)  -  Беспроводное видеонаблюдение

          *Скорость передачи видеоданных в сеть

  8)  -  Память веб-камеры (видеобуфер)

              *Как с помощью веб-камер построить систему безопасности

 

                           Что такое web-камера

Web-камера - это стационарно установленная камера, имеющая встроенный web-сервер, сетевой интерфейс и подключающаяся непосредственно к  LAN/ WAN/ Internet. Многие сетевые камеры имеют такие дополнительные средства как: детекторы движения, отправка сообщений по e-mail, работа с модемом, подключение внешних датчиков и пр. Пользователи могут обращаться к камере посредством стандартного web браузера. В зависимости от настроек, доступ к видеоизображению, полученному web-камерой, может быть открыт всем пользователям сети или только авторизованным пользователям.

Она состоит, прежде всего, из сенсора.  
Очень часто вместо стандартных CCD-матриц для видеонаблюдения используются более дешевые CMOS-сенсоры. Хотя они имеют более низкую чувствительность и не слишком хорошую цветопередачу, их использование позволяет сильно удешевить устройство, поскольку эти сенсоры представляют собой «все в одной микросхеме» с цифровым выходом данных.  
Далее: в состав сетевой камеры входит микропроцессор для компрессии видео и детектирования движения (или просто микросхема компрессора). Наиболее популярен JPEG, как самый простой и дешевый; достаточно часто используется также MPEG4, наиболее редким и дорогим является MPEG2. С завершением действия патента на арифметическое кодирование приобретает популярность WaveLet. И наконец, в состав сетевой камеры входит сетевой контроллер 10/100 Мбит/с.

 

                      История появления web-камеры

Первая в истории веб-камера была запущена в 1991 году и показывала кофеварку в Троянской комнате Кембриджского университета. Сейчас она не работает, поскольку была отключена 22 августа 2001 года. Последний фотоснимок, сделанный этой камерой, ещё можно видеть на её домашней странице в Интернете. Глобальная паутина только-только начинала свое победоносное шествие по планете. Группа ученых, человек 15-20, работала над проектом в области сетевых технологий. Условия работы были спартанскими - на всю команду приходилась всего одна кофеварка, которая не могла удовлетворить потребности всего коллектива. Основная работа велась в лаборатории, персонал жил в этом же здании, но в другой его части. Чтобы подхлестнуть мыслительный процесс чашечкой бодрящего напитка, участники научного проекта были вынуждены часто посещать коридор, находившийся этажом выше, где и располагалась кофеварка. Зачастую такие походы терпели крах, так как некоторые коллеги уже успевали опорожнить вожделенную емкость. Ситуация требовала нестандартного решения, и оно было найдено.  
Один из компьютеров в лаборатории имел устройство видеонаблюдения (frame grabber). К нему подключили камеру, которая была направлена на объект наблюдения. Этот же компьютер играл роль web-сервера за счет специально написанного программного обеспечения. Желающие знать, есть ли кофе, должны были запустить на своем компьютере клиентское ПО, соединяющееся с сервером. В результате на удаленном компьютере в маленьком окошке выводилось черно-белое изображение, обновляющееся три раза в минуту. Заметка об этом интересном комплексе была опубликована в журнале Comm-Week 27 января 1992 года. С момента появления первых прототипов IP камер прошло не так уж много времени, но они уже превратились во вполне сформировавшийся, отдельный класс устройств, делающих повседневную жизнь проще, удобнее и веселее.

Подобно многим сетевым технологиям, веб-камеры и видеочаты приобрели массовую популярность. Необходимость в «живых» видеоизображениях породила вебкамеры, способные вещать через интернет в формате видеопотока, не требующего от зрителя необходимости вручную обновлять изображение; а вскоре, ненужными в современных браузерах стали специальные плагины

Способы применения веб-камер

Веб-камеры все прочнее  и прочнее входят в нашу жизнь. Их используют для построения видеосистем  как на территориально больших , так и для малых объектов.

Особенно они становятся незаменимы при контроле и мониторинге удаленных точек, где существует необходимость применения необслуживаемого оборудования.

Веб-камеру можно использовать как камеру-сторож, например, для охраны своего автомобиля под окном, или в качестве Веб-няни, для наблюдения всего происходящего с Вашим ребенком, пока Вас нет дома.

Веб-камера может пригодиться  Вам и в бизнесе: теперь Вы можете организовать виртуальную выставку на Вашем сайте,  проводить видео-конференция или дистационное обучение, снимать собрания и совещания, для дальнейшего разбора полетов.

Иногда, когда Вам надо срочно установить «временные» камеры, веб-камеры спасут Вас, ведь для их установки не требуется тянуть отдельные провода, и поэтому монтаж будет быстрым и легким.

Часто при проектировании телевизионных систем наблюдения пpoектировщики сталкиваются с: предполагаемое количество камер на объекте на одну-две больше, чем количество каналов применяемых видеорегистраторов, а увеличить их количество не позволяет нехватка финансовых ресурсов заказчика, тогда веб-камеры можно использовать как дополнительные камеры к аналоговой системе.

  Принцип действия веб-камер

Светочувствительный сенсор — это своего рода сердце любой  цифровой камеры. Именно он позволяет  преобразовывать свет в электрические  сигналы, доступные для дальнейшей электронной обработки. Основной принцип  действия и ПЗС- и КМОП-сенсоров одинаков: под воздействием света в полупроводниковых материалах рождаются носители заряда, которые впоследствии преобразуются в напряжение. Различие между ПЗС- и КМОП-сенсорами заключается прежде всего в способе накопления и передачи заряда, а также в технологии преобразования его в аналоговое напряжение. Не вдаваясь в подробности конструкции различных типов сенсоров, отметим лишь, что КМОП-сенсоры являются значительно более дешевыми в производстве, но и более «шумными».

Принцип работы Web-камеры схож с принципом работы любой цифровой камеры или фотоаппарата. Кроме оптического объектива и светочувствительного ПЗС- или КМОП-сенсора обязательным является наличие аналого-цифрового преобразователя (АЦП), основное назначение которого — преобразовывать аналоговые сигналы светочувствительного сенсора, то есть напряжение в цифровой код. Кроме того, необходима система цветоформирования. Другим важным элементом камеры является схема, отвечающая за компрессию данных и подготовку к передаче в нужном формате. В Web-камерах видеоданные передаются в компьютер по USB-интерфейсу, то есть заключительной схемой камеры должен быть контроллер USB-интерфейса.

Устройство работы web-камеры:  
Современная web-камера представляет собой цифровое устройство, производящее видеосъемку, оцифровку, сжатие и передачу по компьютерной сети видеоизображения. Поэтому в состав web-камеры входят следующие компоненты:  
- ПЗС-матрица 
- объектив 
- оптический фильтр  
- плата видеозахвата  
- блок компрессии (сжатия) видеоизображения  
- центральный процессор и встроенный web-сервер  
- ОЗУ  
- флэш-память  
- сетевой интерфейс  
- последовательные порты  
- тревожные входы/выходы 
В качестве фотоприемника в большинстве web-камер применяется ПЗС-матрица (ПЗС, CCD – прибор с зарядовой связью) – прямоугольная светочувствительная полупроводниковая пластинка с отношением сторон 3:4, которая преобразует падающий на нее свет в электрический сигнал. ПЗС-матрица состоит из большого числа светочувствительных ячеек. Для того, чтобы повысить световую чувствительность ПЗС-матрицы, нередко формируют структуру, которая создает микролинзу перед каждой из ячеек. В технических параметрах web-камеры обычно указывают формат ПЗС-матрицы (длина диагонали матрицы в дюймах), число эффективных пикселей, тип развертки (построчная или чересстрочная) и чувствительность. Типичная web-камера содержит объектив, оптический фильтр, ПЗС-матрицу, схему цифровой обработки изображения, схему компрессии изображения, и web сервер для подключения к сети. Каждая сетевая видеокамера имеет свой собственный IP-адрес, вычислительные функции, и встроенное программное обеспечение, что позволяет ей функционировать как web сервер, FTP сервер, FTP клиент и клиент e-mail. Наиболее современные сетевые видеокамеры включают и много других привлекательных функций, таких как детектор движения, вход/выход тревоги и поддержка e-mail.

 

                       Видеотелефония и видеоконференции

По мере того, как возможности  работы с вебкамерами появлялись в приложениях, изначально предназначенных  для текстового чата (в программах типа Instant Messenger) — в том числе в Skype, Yahoo Messenger, AOL Instant Messenger, Windows Live Messenger — миллионы обычных пользователей по всему миру получили возможность общения друг с другом по видеофону. Улучшение качества видеоданных позволило веб-камерам конкурировать с существовавшими до этого системами видеоконференцсвязи. Некоторые веб-камеры снабжаются новыми функциями, направленными специально на увеличение популярности и удобства видеосвязи (в том числе функциями, обеспечивающими автоматическое ретуширование снимка, сглаживание морщин, и т. п.)

Устройство и принцип работы web-камеры:  
Современная web-камера представляет собой цифровое устройство, производящее видеосъемку, оцифровку, сжатие и передачу по компьютерной сети видеоизображения. Поэтому в состав web-камеры входят следующие компоненты:  
- ПЗС-матрица 
- объектив 
- оптический фильтр  
- плата видеозахвата  
- блок компрессии (сжатия) видеоизображения  
- центральный процессор и встроенный web-сервер  
- ОЗУ  
- флэш-память  
- сетевой интерфейс  
- последовательные порты  
- тревожные входы/выходы 
В качестве фотоприемника в большинстве web-камер применяется ПЗС-матрица (ПЗС, CCD – прибор с зарядовой связью) – прямоугольная светочувствительная полупроводниковая пластинка с отношением сторон 3:4, которая преобразует падающий на нее свет в электрический сигнал. ПЗС-матрица состоит из большого числа светочувствительных ячеек. Для того, чтобы повысить световую чувствительность ПЗС-матрицы, нередко формируют структуру, которая создает микролинзу перед каждой из ячеек. В технических параметрах web-камеры обычно указывают формат ПЗС-матрицы (длина диагонали матрицы в дюймах), число эффективных пикселей, тип развертки (построчная или чересстрочная) и чувствительность. Типичная web-камера содержит объектив, оптический фильтр, ПЗС-матрицу, схему цифровой обработки изображения, схему компрессии изображения, и web сервер для подключения к сети. Каждая сетевая видеокамера имеет свой собственный IP-адрес, вычислительные функции, и встроенное программное обеспечение, что позволяет ей функционировать как web сервер, FTP сервер, FTP клиент и клиент e-mail. Наиболее современные сетевые видеокамеры включают и много других привлекательных функций, таких как детектор движения, вход/выход тревоги и поддержка e-mail.

                                     

Сетевая камера Камера на основе PC Гибкость Размещая камеру где угодно, Вы можете подключить ее с сетью с помощью модема, сотового телефона, или беспроводного адаптера. Прикрепленная PC камера должна быть в пределах 3 метров от компьютера. Функциональные  возможности Все видео оперативно передается по сети без каких либо задержек и дополнительного оборудования.  Помимо камеры Вам всегда необходим компьтер и программное обеспечение. Инсталляция Вы устанавливаете  только IP-адрес и камера готова к работе Инсталляция драйверов и  программного обеспечения на PC усложнена.  Легкий в использовании Вы можете управлять и  рассматривать изображения, используя  стандартный Web-браузер на любом PC. Вы будете нуждаться в определенном программном обеспечении и  у Вас будет отсутсвовать возможность в удаленном администрировании. Стабильность Камера работает без любых  дополнительных компонентов, давая  большую стабильность.  Помимо камеры, стабильность ее работы зависит и от стабильности компьютера и программного обеспечения. Качество Высокое качество при использование MJPEG.  Используются компоненты не высокого качества, отсюда небольшое  разрешение. Стоимость Стоимость сетевой камеры это только стоимость сетевой  камеры.  Стоимость решения = Общая стоимость камеры + компьютер + программное обеспечение.

 

                          Беспроводное видеонаблюдение

 

 Беспроводные  камеры позволяют осуществлять наблюдение там, где затруднено кабельное подключение или необходима полная мобильность. Беспроводные видеокамеры могут взаимодействать с другим проводным оборудованием. В настоящее время необходимо принимать во внимание беспроводные решения при проектировании любых сетей - от малого офиса до предприятия. Это, возможно, сэкономит и средства и трудозатраты и время.

Все беспроводные сети поддерживают как режим инфраструктуры (подключение  через точку доступа) так и  режим ad-hoc (настройка работы без применения точки доступа). Вы можете добавлять новых пользователей в любое время и устанавливать новые узлы сети в любом месте и без использования сетевых шнуров. Беспроводные сети также могут быть установлены для временного использования в помещениях, где нет инсталлированной кабельной сети или если прокладка сетевых кабелей затруднена.

Для обеспечения беспроводным пользователям доступа к корпоративным  базам данных или разделяемым  ресурсам - серверам и принтерам, вы можете установить точку доступа. Это  устройство позволяет взаимодействовать  беспроводным рабочим станциям с  уже существующей сетью Ethernet. Точки доступа компании D-Link совместимы с протоколом Wi-Fi и прозрачно интегрируются с вашей сетью Ethernet.

Беспроводные рабочие  станции могут добавляться без  ухудшения производительности сети. Перегрузки сети трафиком можно легко  избежать добавлением точки доступа  для сокращения времени отклика  сети.

Основными критериями оценки качества передачи данных являются:

Величина временной задержки между каким-либо событием, произошедшим перед видеокамерой, и моментом его  отображения на экране клиента 

Количество кадров/с, отображаемых на экране клиента. ( варьируется от 1 до 30 кадров в секунду, для 625-ти строчного стандарта — 25 кадров).

                        

                        Память web-камеры (видеобуфер)

Многие интернет-камеры для хранения снимков, сделанных камерой, имеют так называемый видеобуфер. Информация в видеобуфере обновляется циклически, т.е. новый кадр записывается вместо самого старого. Поскольку в видеобуфер web-камеры записываются все сжатые кадры видеоизображения, то при поступлении сигнала тревоги с одного из датчиков она формирует последовательность видеокадров, поступивших до, после и в момент тревоги и отправляет их по заранее определенному адресу FTP или SMTP.