CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ CAMERA IP 1.1 GIỚI THIỆU CAMERA QUAN SÁT Camera là một thiết bị ghi hình. Một chiếc Camera có thể ghi lại được những hình ảnh trong một khoảng thời gian nào đó, lưu trữ và sau đó những người giám sát có thể xem lại bất cứ khi nào họ muốn. Với chức năng cơ bản là ghi hình. Camera được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực giám sát.
Một hệ thống các Camera đặt tại những vị trí thích hợp sẽ cho phép quan sát, theo dõi toàn bộ ngôi nhà, nhà máy, xí nghiệp hay những nơi muốn quan sát, ngay cả khi không có mặt trực tiếp tại đó.1 Cấu tạo và nguyên lý chung Một Camera quan sát bao gồm cảm biến camera, ống kính (Lens), vỏ chứa camera và chân đế. • Ống kính (Lens):thành phần tiếp nhận hình ảnh. • Vỏ chứa camera: Dùng bảo quản camera giám sát trong trường hợp lắp đặt camera ở ngoài trời. • Chân đế: dùng để gắn camera (nếu dùng loại Camera tròn thì không cần).
• Cảm biến hình ảnh (Image sensor): là bộ phận đầu tiên của camera tiếp nhận hình ảnh. Sau khi bắt ánh sáng, các chip cảm ứng có nhiệm vụ chuyển chúng thành các điện tử. Các điện tử này sau đó sẽ được chuyển thành điện áp (để có thể đo lường được) rồi chuyển sang dạng tín hiệu số mà chúng ta thấy được.2 Phân loại camera quan sát Có 3 cách phân loại Camera: - Phân loại theo kì thuật hình ảnh. - Phân loại theo đường truyền.
- Phân loại theo tính năng sử dụng.3 Phân loại theo kĩ thuật hình ảnh a) Camera quan sát Analog Ghi hình băng từ xứ lý tín hiệu analog, xử lý tín hiệu màu vector màu, tín hiệu điện 6 truyền trên đường cáp đồng trục. Loại Camera này có chất lượng hình ảnh kém , hiện ít được sử dụng.1: Camera Analog Hình 1.2: Đầu ghi hình Hình 1.3: Card ghi hình 7 b) Camera quan sát CCD (Charge Couple Device) (100% số) Camera quan sát CCD sứ dụng kĩ thuật CCD đê nhận biết hình ảnh. CCD là tập họp những ô tích điện có the cảm nhận ánh sáng sau đó chuyến tín hiệu ánh sáng sang tín hiệu số đê đưa vào các bộ xử lý. Nguyên tắc hoạt động cùa CCD có thê mô tả dưới đây: CCD gồm một mạng lưới các điểm bắt sáng được phũ bằng lớp bọc màu (dở - red, hoặc xanh lục - green, hoặc xanh dương - blue), mỗi điểm ảnh chí bắt một màu.
Do đó, khi chụp ảnh (cửa trập mờ), ánh sáng qua ống kính và được lưu lại trên bề mặt chip cảm biến dưới dạng các diêm ảnh. Mỗi điểm ảnh có một mức điện áp khác nhau sẽ được chuyển đến bộ phận đọc giá trị theo lừng hàng. Giá trị mỗi điểm ảnh sẽ được khuếch đại và đưa vào bộ chuyên đôi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, cuối cùng đố vào bộ xử lý để tái hiện hình ánh đã chụp. Chính quá trình đọc thông tin thực hiện theo từng hàng đã làm cho tốc độ xử lý ảnh chậm, rồi thiếu hoặc thừa sáng.
Các thông số kỹ thuật cua Camera quan sát CCD là đường chéo màn hình cảm biến (tính bang inch ). Kích thước màn hình càm biến càng lớn thì chất lượng càng tốt. Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất cảm biến hình ảnh nhưng chi có cảm biến hình của Sony và Shaip hình ánh đẹp và trung thực. Chất lượng cùa Shaip kém hơn chất lượng cùa Sony và giá thành rẻ hơn.4 Camera CCD 8 c) Camera quan sát CMOS (Complementary metal oxide semiconductor) Camera quan sát CMOS có nghĩa là chất bán dần có bố sung oxit kim loại, cạnh mỗi điếm bắt sáng đã có sẵn mạch điện bô trợ dễ dàng tích hợp ngay quá trình xu lý diêm ảnh.
Với cấu trúc này, mồi diêm ảnh sẽ được xừ lý ngay tại chỗ và đồng loạt truyền tín hiệu số về bộ xứ lý đê tái hiện hình ảnh đã chụp nên tốc độ xử lý sẽ nhanh hơn rất nhiều. Một tru điếm nừa mà cấu trúc này mang lại là có thể cung cấp chức năng tương tác một vùng điếm ảnh (như phóng to một phần ảnh) cho người sử dụng, điều mà chip cảm biến CCD khó làm được. Với khả năng bố trợ nhiều như vậy nhưng chip cảm biến CMOS lại tiêu thụ ít năng lượng hơn chip cảm biến CCD, cộng với nhiều yếu tố khác mà giá thành sàn xuất chip CMOS thấp.5 Camera CMOS Hiện nay trên thị trường, dòng máy dùng chip cảm biến CMOS thường là dòng chuyên nghiệp hay bán chuyên nghiệp, đa số là ở máy quay video (gần đây cũng đã có máy ảnh bán chuyên nghiệp dùng chip CMOS của Canon), nên giá tiền có the sẽ vượt quá khá năng cúa người dùng mua máy ảnh phục vụ cho nhu cầu cúa cá nhân, gia đình. Do vậy, máy ảnh dùng chip CCD vần còn chiếm lĩnh thị trường phổ thông trong thời gian trước mắt.4 Phân loại Camera quan sát theo kỹ thuật đưòng truyền a) Camera quan sát có dây Camera quan sát có dây có ưu điếm đó là khả năng an toàn cao, tính bảo mật tốt được sử dụng truyền tín hiệu trên dây cáp đồng trục khoảng 75ohm - lVpp, dây C5.
Dây là giải pháp được đánh giá là an toàn, chúng tôi cũng khuyến khích các bạn nên dùng loại Camera quan sát có dây, ngoại trù’ nhũng trường hợp đặc biệt khác.Chú ý rằng khi truyền với khoáng cách xa thì cần có bộ khuyếch đại đe tránh việc tín hiệu đường truyên suy hao, dẫn đến chất lượng hình ảnh không tốt.6: Camera có dây b) Camera quan sát không dây Giống như tên gọi, các Camera quan sát này đều không có dây. Nhưng cũng không hoàn toàn như vậy. Các Camera này vẫn cần thiết phải có dây nguồn. Các loại Camera quan sát không dây có ưu điếm đó là dề thi công lắp đặt do không cần đi dây, tuy nhiên Camera quan sát có hệ số an toàn không cao.
Có 1 số vấn đề cần quan tâm đối với thiết bị không dây. Đó là tần số bạn sứ dụng, camera quan sát không dây sử dụng sóng vô tuyến R.F truyền tín hiệu thường tần số dao động từ 1,2 đến 2,4MHZ. Camera quan sát không dây được sứ dụng khi lắp đặt tại các khu vực địa hình phức tạp khó đi dây từ Camera quan sát đến các thiết bị quan sát, ví dụ như các ngôi nhà có nhiều tường chan. Đối với khoáng cách xa chúng ta cần phải sừ dụng những thiết bị đặc biệt hoạt động ở lần số cao và giá thành khá đắt.
10 Việc sứ dụng Camera quan sát không dây được đánh giá là không an toàn dễ bị bắt sóng hoặc bị ảnh hưởng nhiễu trước các nguồn sóng khác như điện thoại di động và thời tiết .7: Camera không dây c) IP Camera (Camera quan sát mạng) IP Camera được kết nối trực tiếp vào mạng thông qua Swich hoặc Router, tín hiệu hình ảnh và điều khiển được truyền qua mạng. Tât cả các camera muốn hiển thị hoặc ghi hình được đều phải thông qua phần mềm được cài đặt trên máy vi tính. Hiện nay hệ thống camera IP đã có rất nhiều mẫu mã để lựa chọn và giá thành rất hợp lý nên được sử dụng rộng rãi.Khái niệm Camera IP hay còn gọi là Network camera là loại camera có khả năng số hoá hình ảnh, nén dữ liệu rồi truyền đi xa qua hệ thống mạng Lan, Internet… (tương tự như webcam) Xét về mặt nguyên lý, camera IP có cấu tạo tương tự như camera analoge. Điểm khác ở chổ chúng truyền tính hiệu hiệu dưới dạng số hoá.
Người sử dụng có thể dùng máy tính để kết nối tới camera để quan sát và điều khiển ngay tại đí hoặc từ nơi cách xa hàng nghìn kilomet. Hình ảnh từ camera IP có thể ghi lại bằng thiết bị chuyên dụng hoặc phần mềm.9: Camera Camera IP mở ra kỷ nguyên mới về camera quan sát qua mạng Hệ thống camera an ninh (Closed Circuit Television – CCTV) bắt đầu phát triển từ những năm 1970 cho mục đích an ninh và các ứng dụng quan sát khác. Cho đến hiện nay, sự phát triển của một hệ thống CCTV có thể chia thành 3 giai đoạn: - Giai đoạn đầu tiên là kỷ nguyên ( VCR (Video Cassette Recorder) - Tiếp theo là kỷ nguyên DVR (Digital Video Recorder) 12 - Cuối cùng là kỷ nguyên IP-Surveillance (quan sát qua mạng IP). Tương ứng với từng giai đoạn, cuộc cách mạng số hệ thống CCTV đã làm thay đổi bốn thành phần cơ bản của camera, bộ ghi hình, màn hình quan sát về hệ thống mạng video.
Đầu tiên, sự số hóa camera bắt đầu vào năm 1990 khi camera kỹ thuật số sử dụng bộ cảm biến quang điện số (CCD sensor) thay thế cho bộ cảm biến quang điện tương tự (analog tube). Đây chỉ là một sự số hoá có chừng mực vì vẫn sử dụng hệ thống cáp đồng trục để truyền tín hiệu hình ảnh (Composite Video) và việc ghi hình cũng còn sử dụng băng từ. Thời kỳ này chính là kỷ nguyên VCR.Khoảng năm 1996, sự số hóa bộ ghi hình đã biến đổi bộ ghi hình VCR thành bộ DVR. Ưu điểm của bộ DVR là không phải lưu trữ băng từ mà bằng ổ cứng, chất lượng hình ảnh ghi tốt và không bị biến đổi, việc xem lại nhanh chóng và hiệu quả.
Ở giai đoạn này, ngõ vào từ camera vẫn là cáp đồng trục và tín hiệu hình ảnh làvideo composite, màn hình quan sát vẫn là màn hình analog, nên trên thực tế đây là sự lai tạp giữa kỹ thuật tương tự (Analog) và kỹ thuật số (Digital). Đây chính là giai đoạn khởi đầu của kỷ nguyên DVR. Vào nửa sau của kỷ nguyên DVR, sự số hóamàn hình quan sát đã biến đổi màn hình quan sát analog thành màn hình máy tính VGA (Video Graphics Array) và lúc này cấu trúc của một bộ DVR gần như là một máy tính với mô đun bắt hình. Ngoài ra, bộ ghi hình dần được trang bị thêm mô đun mạng và kết hợp với modem ADSL để có thể xem hình từ xa qua mạng LAN/WAN/Internet.Sự số hóa mạng video bắt đầu năm 2002, đã hoàn thành cuộc cách mạng số hệ thống CCTV, mở ra một kỷ ngu yên mới, kỷ nguyên mạng IP-Surveillance.
Mạng IP surveillance là một hệ thống cho phép chúng ta có thể quan sát và ghi hình từ xa qua giao thức TCP/IP (LAN/WAN/Internet). Khác với hệ thống analog sử dụng cáp đồng trục để nối từng camera về trung tâm, mạng IP- Surveillance sử dụng hệ thống mạng máy tính thông thường (CAT-5) làm môi trường truyền dẫn thông tin. Nếu ở kỷ nguyên DVR sự số hóa và nén ảnh diễn ra bên trong bộ DVR thì sang kỷ nguyên IPSurveillance, sự số hóa và nén ảnh diễn ra bên trong camera IP hoặc bên ngoài camera nhờ bộ nén ảnh và chuyển đổi IP (Video Server).