Kamery wieloprzetwornikowe

Jan T. Grusznic, a&s Polska

Wprowadzenie kamer wieloprzetwornikowych zmieniło funkcjonowanie monitoringów miejskich, jedna taka kamera dysponuje bowiem znaczenie większym polem widzenia w porównaniu z kamerami jednoprzetwornikowymi. Wcześniej zapewnienie 360°pokrycia sceny wymagało instalacji czterech kamer, obecnie ten sam efekt można osiągnąć za pomocą jednego urządzenia.

Rynek kamer wieloprzetwornikowych rozwijał się w ciągu ostatnich lat dwukrotnie szybciej niż rynek kamer PTZ, a prognozy są takie, że w latach 2023-2029 będzie rosnąć w tempie 4,7% CAGR (wg danych Market intelligence). Skąd takie zainteresowanie multisensorami?

Z prostej przyczyny – mogą one radykalnie zwiększyć świadomość sytuacyjną, dostarczając obrazy o względnie wysokiej szczegółowości rozległego obszaru. Jedna kamera wieloprzetwornikowa może zastąpić wiele kamer konwencjonalnych, znacznie obniżając koszt związany z zakupem wielu kamer, ich instalacją, koniecznością zadbania o infrastrukturę i zakupem licencji. W monitoringu wizyjnym rozwiązania te odgrywają kluczową rolę w nadzorowaniu obszarów rozległych, a dzięki algorytmom sztucznej inteligencji kamery te staną się jeszcze wydajniejsze i bardziej uniwersalne.

Czym jest kamera wieloprzetwornikowa?

Kamery wieloprzetwornikowe rozwiązują wiele problemów związanych z dozorem wizyjnym, z którymi borykają się specjaliści ds. bezpieczeństwa. Proces planowania już średniej instalacji może się skomplikować pod względem okablowania, punktów montażu, urządzeń aktywnych sieci i dostępnych w nich portów, a także innych wymagań instalacyjnych. Jedną z zalet kamer wieloprzetwornikowych jest możliwość uproszczenia procesu projektowania i budowy przy jednoczesnym zastosowaniu wielu najlepszych praktyk w celu zwiększenia pokrycia szerokiego obszaru i zminimalizowania kosztów sprzętu, gdyż multisensory w jednej obudowie mieszczą kilka kamer o rozdzielczości na ogół od full HD do 4K, co pozwala na ogólny dozór bez martwych punktów.

Koncepcja tych urządzeń szybko ewoluowała i dzisiaj w zależności od budowy wyróżniamy:

1. Kamery wielokierunkowe – wewnętrzne ułożenie modułów przetworników z układami optycznymi umożliwia niezależną pracę. To od tego rozwiązania rozpoczęła się ewolucja kamer wieloprzetwornikowych. Obecne urządzenia zapewniają już zdalne pozycjonowanie ogniskowej, ustawianie ostrości, położenia przetwornika (0°, 90°, 180°, 270°), a nawet ustawienie głowicy, dzięki czemu instalacja przebiega sprawnie, bez konieczności ręcznego ustawiania każdego modułu. Wykorzystanie dostarczonych w kamerze obiektywów zmiennoogniskowych, zapewniających kilkukrotne zbliżenie optyczne, pozwala na uzyskanie większej szczegółowości wybranego obszaru sceny za pomocą jednego modułu, podczas gdy pozostałe kontynuują ogólny dozór. Kamery sprawdzają się najczęściej w dozorze skrzyżowań i obserwacji otoczenia rogów budynków, jak również strefy perymetrycznej w „rogach” działki.

2. Kamery panoramiczne – każdy z układów optycznych współdziała z pozostałymi. Obrazy z przetworników nieznacznie nakładają się na siebie, a następnie są „zszywane” (stitching) przez wbudowane w kamerę oprogramowanie, co daje jednolity panoramiczny widok z większą liczbą szczegółów niż dostarczany przez kamery typu „rybie oko”. Konstrukcja kamery nie zakłada możliwości ustawienia ogniskowej lub korekty ostrości, jak w przypadku kamer wielokierunkowych. Moduły optyczne są umieszczone na wspólnej szynie montażowej, zapewniając zsynchronizowaną zmianę położenia góra–dół, dzięki czemu efekt łączenia obrazów z przetworników pozostaje niezauważalny. Kamery tego typu są idealne do obserwacji ulic, deptaków, placów, parków, terenów dworców i portów.

3. Panomera® – jest rozwiązaniem oferowanym tylko przez jedną firmę, ale na tyle innowacyjnym, że nie sposób go pominąć. W przeciwieństwie do ww. rozwiązań to urządzenie składa się z wielu kamer o różnych ogniskowych ułożonych w strukturze macierzowej. Dzięki temu urządzenie rejestruje obszary tła obrazu i znajdujące się w średniej odległości od miejsca montażu z taką samą rozdzielczością jak scenę na pierwszym planie. Obraz w tym przypadku jest łączony za pomocą zewnętrznego oprogramowania, a potrzebna liczba licencji w oprogramowaniu VMS równa jest liczbie przetworników znajdujących się w zespole optycznym.

Współczesne kamery wieloprzetwornikowe zapewniają doskonałą świadomość sytuacyjną, tak oczekiwaną w systemach dozoru wizyjnego. Szerokie pole widzenia pozwala operatorom na natychmiastowe zrozumienie sceny, a możliwość przybliżenia szczegółów i nawigowania po obrazie sprawdza się w przypadku dochodzenia po zdarzeniu. Zasilone analizą obrazu opartą na uczeniu maszynowym lub sieciach neuronowych zmienią systemy zabezpieczeń wizyjnych z rozwiązania reaktywnego na proaktywne. Mogą pomóc w wykrywaniu i ostrzeganiu operatorów o potencjalnych zdarzeniach wymagających uwagi, np. o osobach lub pojazdach przemieszczających się w zakazanej strefie, a także pomóc w skróceniu czasu reakcji i prowadzeniu dochodzeń. Możliwości są olbrzymie, a fakt, że można to wszystko zrobić z jednego punktu obserwacyjnego, również ma istotne znaczenie.

Dodatkowa korzyść – mniejszy koszt

Wykorzystanie kamer wieloprzetwornikowych otwiera drzwi do wielu korzyści związanych z obniżeniem kosztów. W monitoringu miejskim np. kamera wielokierunkowa zapewni pełne pokrycie skrzyżowania przy użyciu tylko jednego urządzenia, jednego uchwytu i jednego połączenia kablowego. Mniejsza liczba kamer przekłada się na niższy koszt całego systemu. Wymagana jest przecież mniejsza liczba przełączników sieciowych i na ogół potrzebna jest tylko jedna licencja VMS, co znacznie obniża koszty w porównaniu z użytkowaniem kilku kamer stacjonarnych pokrywających ten sam obszar. Również z powodu mniejszej liczby wymaganych urządzeń można zmniejszyć opłaty dotyczące zasilania i instalacji. Dodanie do projektu kamer wieloprzetwornikowych może być również wykorzystane do uzupełnienia istniejących modeli stałopozycyjnych i PTZ, zapewniając bardziej kompleksowy plan nadzoru ze zwiększonym pokryciem, co znacznie ogranicza liczbę martwych stref.

Równie ważną kwestią jest estetyka. Zamiast kilku kamer skierowanych w różne strony wystarczy jedna, lecz wieloprzetwornikowa. Przykładowo kamera z czterema przetwornikami może objąć zasięgiem obszar pod kątem 270o z jednym modułem optycznym skierowanym do przodu, jednym skierowanym w dół i dwoma skierowanymi na boki. W ten sposób jedna kamera zamontowana na rogu budynku może zastąpić cztery stacjonarne pokrywające to samo pole widzenia.

Ograniczenia

Kamery wieloprzetwornikowe, chociaż są idealne do nadzorowania rozległych terenów, nie do końca radzą sobie z rejestracją szczegółów. Omawiane rozwiązania są wprawdzie projektowane z przetwornikami o wysokiej rozdzielczości, co może skutecznie zwiększyć zasięg kamery do celów wykrywania i monitorowania, jednak dokładna identyfikacja i rozpoznanie są możliwe tylko w bliskiej odległości.

Większe rozdzielczości to też większy strumień danych. Choć kamera wieloprzetwornikowa to fizycznie jedno urządzenie, to bitrate (ilość danych transferowanych przez konkretne urządzenie w przedziale czasowym – nazywany również przepływnością) należy liczyć osobno dla każdego zespołu optycznego, nie zaś dla całego urządzenia. Jest to najczęstszy błąd podczas projektowania i planowania przestrzeni dyskowej dla systemu dozoru wizyjnego wyposażonego w takie rozwiązania. Szczęśliwie tak samo jak kamery jednoprzetwornikowe, również multisensory zostały wyposażone w technologię smart kodeków, które obniżają wymagania dotyczące szerokości pasma i pojemności pamięci masowej przy niezauważalnej stracie jakości obrazu. W zależności od złożoności scen i intensywności ruchu można uzyskać do 70% oszczędności pasma. W przypadku scen bardzo intensywnych oszczędność pasma może wynieść ok. jednej trzeciej.

Większość kamer wieloprzetwornikowych zawiera funkcje analizy zawartości obrazu, przy czym tylko kilkanaście modeli może pochwalić się zastosowaniem algorytmów uczenia maszynowego lub użyciem sieci neuronowych. Wynika to z ograniczonej mocy obliczeniowej urządzeń, która jest wykorzystywana niemal w całości do przetwarzania sygnałów z kilku przetworników jednocześnie, a w przypadku kamer panoramicznych potrzebna jest jeszcze do połączenia obrazów ze sobą. Fuzja danych i ich przetwarzanie z wielu przetworników wymaga większej wydajności zarówno samego urządzenia, jak i jego oprogramowania. Ten problem nie występuje w konwencjonalnych kamerach jednoprzetwornikowych.

Standaryzacja (np. ONVIF) i możliwość dokonywania analizy przez urządzenia zewnętrzne innych producentów jest rozwiązaniem, ale niestety kosztownym. Ograniczenia techniczne ujawniają się również w częstotliwości odświeżania obrazu, nie zawsze możliwe jest uzyskanie 25 kl./s w pełnej rozdzielczości.
Istotnym ograniczeniem, zwłaszcza w dzisiejszych trudnych czasach jest fakt, że kamery wieloprzetwornikowe są droższe niż większość kamer jednoprzetwornikowych.

Podsumowanie

Kamery wieloprzetwornikowe sprzyjają obniżeniu kosztu posiadania, zwłaszcza w miejscach, gdzie do obserwacji całego terenu trzeba zastosować wiele kamer tradycyjnych. Stanowią nieocenioną pomoc w szybkiej analizie zdarzenia post factum z uwagi na szeroki kąt obserwacji. Jednak ze względu na ograniczoną moc obliczeniową tych urządzeń sprawdzą się jako uzupełnienie systemu dozoru wizyjnego, a nie jego baza. Zaletą przemawiającą za wprowadzeniem takich kamer do systemu monitoringu jest to, że zapewniają szeroki kąt widzenia, umożliwiając detekcję na krótszych odległościach w porównaniu z kamerami jednoprzetwornikowymi, nie mając sobie równych w dozorze skrzyżowań, obserwacji otoczenia rogów budynków, ulic, deptaków, placów, parków, terenów dworców i portów. ⦁

Przykłady kamer firm BCS i Hikvision

Zobacz inne artykuły tego autora:
Taktyka i technika w ochronie obwodowej
Odczyt tablic rejestracyjnych – przegląd rozwiązań
Świadomość sytuacyjna
Radary i lidary w systemach zabezpieczeń
ANPR bez tajemnic. O poprawnej instalacji systemów do odczytu tablic rejestracyjnych