یک دوربین مداربسته چه میزان و با چه عمقی از یک محیط را میتواند را زیرنظر داشته باشد؟

یکی از پارامترهای اصلی برای  آنالیز این موضوع میزان چگالی پیکسلی است (PPF و یا PPM). در اینباره باید همواره به سه عامل زیر دقت نمایید:

• رزولوشن دوربین مدار بسته (VGA، 720P، 1080P، 4K)
• اندازه محیط (مثلا یک اتاق، یک رستوران، فضای بیرونی ساختمان، یک پارکینگ بزرگ و …)
• شرایط نوری (تاریک، نور مستقیم خورشید و …)

محل استقرار دوربین مداربسته :

در تصویر زیر مثلا دوربین مداربسته در یک اتاق خواب کوچک  نصب شده است. دوربین مدار بسته VGA که تقریبا تمام اتاق را با 40ppf(معادل 12 پیکسل بر متر) پوشش می دهد. اما دوربین مدار بسته 720P در این محیط کوچک عملا بیش از نیاز خواهد بود و همانطور که در تصویر می بینید در صورتی استفاده از آن توجیه دارد که مثلا دیوارها بصورت پارتیشنهایی شیشه ای می بودند که فراتر از دیواره ها هم زیر نظر می بود. بنابراین استفاده از دوربینهای مداربسته بیش از 720P مثل دوربین مداربسته 1080P و 4K نیز حدر دادن هزینه است.

در اینجا هم تفاوت را در قالب یک تصویر متحرک بهتر دیده می شود :

دوربین مدار بسته در رستوران

در تصویر رستوران در زیر محل نشیمن و صرف غذا بزرگتر از یک اتاق معمولی است. برای پوشش کل فضا با میزان پیکسل قابل قبول(چگالی پیکسلی متوسط) حتی دوربین مداربسته 720P هم کفایت نمی کند. از طرف دیگر دوربین مداربسته 4K هم برای این محیط رزولوشنی بیش از نیاز خواهد داشت و داشتن چگالی پیکسلی خیلی بالا در این محیط کمی بی معنی است. درواقع داشتن دوربین مداربسته 4K در اینجا بیش از نیاز رایج است.

در تصویر متحرک زیر تفاوت چگالی پیکسلی دوربینها و محیط تحت پوشش بهتر مشخص می شود:

دوربین مدار بسته برای فضای بیرون ساختمان

با رفتن به فضای آزاد عملا چالش اصلی نمایان می شود. کار کمی سخت تر خواهد شد. چالشی به نام تغییر شدت نور محیط که می تواند دوربینهای رزولوشن بالا را آزار دهد.

در محیطهای آزاد کوچکتر یا مثلا پارکینگ یک ساختمان حتی داشتن 20ppf هم می تواند کافی باشد(سطحی پایه برای نظارت بر فعالیتها است ولی برای دیدن جزئیات و شناسایی چهره مناسب نیست).

در تصویر اگر توجه نمایید میبینید که تقریبا با این مسافت و میدان دید وسیع حتی با داشتن رزولوشن 4K چقدر محدود هستیم.

در تصویر متحرک زیر تفاوتها بهتر دیده می شوند:

دوربین مداربسته پارکینگ

یک پارکینگ بزرگ می تواند آخرین محلی باشد که در این بررسی زیر نظر داریم. آنچه در تصویر مشاهده می کنید بخشی از یک پارکینگ است. میبینیم که هیچ دوربین مداربسته رایجی حتی مثلا دوربین مدار بسته 4K هم نمی تواند این محیط را پوشش دهد. در بهترین حالت دوربین مداربسته 4K یک چهارم پارکینگ را تحت پوشش قرار می دهد.

در تصویر متحرک زیر تفاوتها واضحتر هستند.

محدودیتها

پیکسل و رزولوشن تصویر همه چیز نخواهد بود!

برای هر دوربین مداربسته حتی بهترین دوربین مدار بسته جهان هم باید به عواملی مثل نور کم، تاریکی، کاهش کیفیت تصویر در نور IR و جزئیات مورد نیاز در صحنه توجه کنید تا نتیجه متناسب را بدست آورید. یک مشکل دیگر که آزار دهنده است به تابش مستقیم نور خورشید بر می گردد که تا حدودی WDR واقعی می تواند کمک به حل آن نمود. اما بازهم تصویر حاصل از نظر کیفیت متفاوت از تصویری است که در صحنه ای با نور کامل و مناسب گرفته شده است.

البته مهم است بدانیم که پیشرفتها در بهبود کیفیت تصویر (مثلا در دوربینهای مداربسته نور فوق العاده کم با WDR واقعی) کندتر از رشد رزلوشن دوربینهای مدار بسته پیش می روند. برای مثال 5 سال قبلتر می توانستید دوربین مداربسته 2 مگاپیکسلی داشته باشید اما تقریبا همه آنها در نور کم و قابلیت WDR ضعیف بودند. اما حال بسیاری از دوربینهای مدار بسته 2 مگاپیکسلی یا دوربینهای مدار بسته 1080P در این زمینه بهبود یافته اند اما بازهم دوربینهای مدار بسته 4K جدید همانند 5 سال پیش دوربینهای مدار بسته 2 مگاپیکسلی به نور کم حساس هستند. البته با پیشرفت علم و تکنولوژی این موضوع هم تغییر خواهد کرد. بهر حال این را بدانید که هر چه رزولوشن تصویر بالاتر برود عملا کیفیت بالاتر نرفته است و هنوز علم در حال کار بر روی رزولوشنهای بالاتر برای کسب کیفیتهای بهتر خواهد بود.

برای برقراری ارتباط شبکه با سیستمهایی با قابلیت کنترل از راه دور و اصطلاحا ریموت،نیاز به درک کابلها و نوع کابل کشیها خواهند داشت. در برخی موارد کابلهای نصب شده و درحال کار دیگر قابل استفاده نیستند یا ممکن است بخواهید کابلهای جدیدی نصب نمایید. در این مقاله سعی کردیم نگاهی کلی به موضوع نوع کابل شبکه سیستم نظارت تصویری داشته باشیم.

انواع کابلها

بطور کلی 4 نوع کلی کابل برای این منظور وجود دارد. اولین نوع کابل کواکسیال است که مدت مدیدی در حدود چند دهه در سیستمهای آنالوگ مورد استفاده قرار گرفته است. انتخاب دوم کابلهای Cat 5e، Cat 6 و بطور کلی کابلهای شبکه Ethernet (اترنت) بودند که در شبکه های استاندارد مورد استفاده قرار گرفتند. نوع سوم کابلهای زوج سیم است که شامل دو رشته سیم هستند که در مقاصدی مثل سیستمهای هشدار و کنترل دسترسی مورد استفاده قرار می گیرند. نوع آخر(پنجم) هم کابل فیبر یا فیبر نوری است که اغلب برای ارتباطات و فواصل زیاد در فضای آزاد مورد استفاده قرار می گیرند.

کابلهای Cat 5e و Cat 6 که امروزه برای ارتباطات شبکه رایج مورد استفاده قرار می گیرند شامل 8 رشته سیم هستند که عموما بصورت 4 زوج سیم تابیده شده مورد استفاده قرار می گیرند. در ارتباطات تحت شبکه و استاندارد PoE، تنها دو زوج سیم که شامل 4 رشته می شوند مورد استفاده اند. این 4 رشته در دو فرم چینش استاندارد A یا B بصورتی که زوجی برای انتقال داده و زوجی دیگر برای انتقال انرژی PoE در نظر گرفته شوند، تنظیم می شوند.

مزایای استفاده از سیمهای متعدد

استفاده از سیمهای مختلف برای شبکه ارتباطی می تواند مزایای زیادی داشته باشد. مهمترین مزیت آن میتواند این موضوع باشد که سیمهای موازی(کابلهای موازی) باعث کاهش مقاومت الکتریکی و در نتیجه انتقال بهتر داده ها خواهد شد. تابیدن کابلها و استفاده زوجی هم از استانداردهای کابل Cat بحساب می آید. تاباندن دو سیم بر روی هم دیگر باعث کاهش نویز شده و مقاومتی را که بر اثر نویز در کابل بوجود می آمده به تبع کاهش می دهد. سایز رشته ها یا سیمها نیز بر اساس استانداردی شناخته شده بنام 24 AWG تعیین می شوند.

استاندارد سازی کابلهای Cat باعث بهبود کیفیت انتقال داده ها تحت شبکه می شود، بهمین دلیل است که طول کابل بطور استاندارد حداکثر 100 متر معادل 328 فوت برای هر ارتباط درنظر گرفته می شوند. این کار باعث می شود انتقال نیروی الکتریکی به یک وسیله توسط PoE نیز ممکن شود. برای مثال در کابلی 100 متری که یک سر آن به منبع تامین انرژی PoE با توان 15.4 وات وصل شده باشد در انتها بدلیل فاصله زیاد این انرژی به 12.95 وات کاهش می یابد. برای استاندارد 802.3at-class 4 که 30 وات است نیز در انتهای کابل با توانی 25.5 واتی روبرو می شویم. در کابلهایی غیر از کابلهای Cat، نمی شود از PoE بخوبی استفاده کرد و حتما باید از مبدل (Convertor) استفاده شود.

 در کابل کشی بر مبنای استاندارد Cat امکان انتقال انرژی الکتریکی PoE با توانی بیشتر از استاندارد 802.3at یعنی بیشتر از 30 وات نیز وجود خواهد داشت. شرکتهای سازنده دوربینهای مداربسته دوربینهایی ساخته اند که می تواند بر روی 2 زوج سیم (بجای یک زوج سیم رایج PoE) انرژی را دریافت کنند. این نوآوری می تواند میزان انرژی محدود 30 وات را که با پتانسیل 57 ولت بوجود آمده در هر زوج سیم به 37 وات ارتقاء داده و عملا در دو زوج سیم به 74 وات انرژی برساند.

ظرفیت جابجایی انرژی الکتریکی

باید بگوییم که قابلیتهای انتقال انرژی در یک زوج سیم و کابل کواکسیال بسیار کمتر از ظرفیتی است که کابل شبکه Cat داراست. زیرا همانطور که گفتیم انتقال انرژی تحت PoE در کابل Cat می تواند بر روی دو زوج سیم صورت گیرد. البته هنوز تفاوتهایی وجود دارد.

اگر چه کابل Cat می تواند با تنظیم مقاومت الکتریکی و پهنای باند بخوبی تا 100 متر (328 فوت) انتقال داده ها را میسر نماید اما کابل کواکسیال(Coax) با توجه به ویژگیهایش چنین استانداردی ندارد. بطور کلی در فاصله ای حدود 305 متری یا 1000فوتی یک کابل Cat 5e مقاومتی برابر 22 تا 27 اهم دارد. در یک کابل کواکسیال این مقاومت با توجه به نوع استانداردی مثل RG59 می تواند فرق داشته باشد اما توانایی انتقال آن می تواند بیشتر از 100 متر باشد. در آخر هم تفاوت در مقاومت می تواند بر روی کارایی و کیفیت داده ها اثر بگذارد.

تداخل

بخاطر داشته باشید که مقاومت کابل Cat 5e می تواند بسته به تعداد و میزان تابیده شدن، استاندارد و کیفیت متفاوتی داشته باشد.

با تاباندن سیمها به دور هم میزان نویز داخل کابل کاهش می یابد. یک زوج سیم، استاندارد ویژه ای ندارند و در واقع می تواند در کابهای تخت هم مورد استفاده قرار بگیرند ولی در آن حالت یا بازده کمی دارند یا هیچ تداخل انرژی وجود ندارد. نویز در واقع در مقابل امواج دیجیتال مقاومت بوجود می آورد و باعث اختلال می شود.

در آخر هم کابلهای فیبر نوری قرار دارند. در این روش انتقال که گرانترین راه حل خواهد بود، انتقال و دریافت و ارسال داده ها نیاز به تجهیزات اضافه بیشتری دارند. از مهمترین ویژگیهای این کابلها قابلیت انتقال داده ها در مسافتهای طولانی خواهد بود. مشکل این است که فیبر نوری دیگر استاندارد انتقال انرژی الکتریکی مثل PoE را نخواهد داشت! یعنی برای اینکار نیاز به منبع انرژی در نزدیکی هر یک از تجهیزات در شبکه خواهیم داشت. همچنین هر نوع کابل فیبری نیاز به هماهنگی کامل با سیستمها یا تجهیزاتی خواهد داشت که منابع انتقال هستند. ضمن اینکه نوع ارسال یک حالته یا چند حالته در فرکانسهای ارسال داده ها نیز در این کابلهای نیاز به مهارت، دانش و هماهنگی کامل خواهد داشت.

از بین رفتن هارددیسک یا به اصطلاح سوختن حافظه می تواند قویترین و پیشرفته ترین دستگاههای نظارت تصویری را هم بلا استفاده کند. اگر هارددیسک کاملا از کار بیفتد نه می توانیم داده ای ذخیره کنیم و نه می توانیم فایلهای ویدئویی را ریکاوری کنیم.

بگفته مدیر فروش شرکت Seagate دو عامل اصلی در از کار افتادن هارددیسکها عبارتند از : قیمت محور بودن کاربران در انتخاب هارددیسک و دوم انتخاب هارد دیسک اشتباه برای پروژه نظارت تصویری.

وی افزود فروشنده سیستم های نظارت تصویری و هارددیسک علاقه ای به از کار افتادن هارددیسکها ندارند اما مشتریان خیلی هنوز روی قیمت حساسند و نمی توانند بین هارددیسک مناسب و قیمت کمتر، گزینه اول را انتخاب کنند. بعضی از مشتریان و نصابهای دوربین مداربسته به اشتباه از هارددیسک سیستم های خانگی و PC ها برای این کار استفاده می کنند. این هارددیسکها می توانند بسیار بیشتر از هارددیسکهای مخصوص سیستم های نظارت تصویری در شرایط ضبط ویدئویی مداوم دچار مشکل شوند. بسیاری فکر می کنند که علت از کار افتادن این هارددیسکهای معمولی میتواند مدت استفاده طولانی آنها باشد. اما این همیشه درست نیست.

در ابتدا که کاربران از هارددیسکها بجای درایوهای نواری (Tape Drive) استفاده کردند درک همه از هارددیسک ها در همین حد پایین بود. مطالعاتی در مورد نقاط ضعف کاربران در درک این موضوع و فقدان دانش IT انجام شد. برای مثال در ابتدا داخل فضای هارددیسک را از هوا خالی می کردند اما بازهم هارددیسکها دچار مشکل می شدند. 10 سال پیش مطالعات بازار و شرایط ایجاد محیطی ایمن برای هارددیسکهای سیستم نظارت تصویری نشان داد کاربران تنها می توانند میزان از کار افتادگی هارددیسکها را تا 5 درصد کاهش دهند.

اما پس از 10 سال با تحقیقاتی که انجام شد بازهم موارد بسیاری وجود دارند که می تواند در بهبود کارکرد هارددیسکها موثر باشند و هنوز شناخته نشده باقی مانده اند.

هر راهکار نظارت تصویری نیاز به ساختار متفاوت و شکل خاصی از سیستم های ذخیره سازی تصویری دارد. برای کاهش مخاطرات موجود کاربران باید درباره نیازمندیهای سخت افزاری سیستم نظارت تصویری فکر و برنامه ریزی داشته باشند. این که دوربین های مداربسته چطور قرار است با برنامه زمانی تصاویر ویدئویی را ضبط کنند؟ چقدر زمان برای نگهداری فایلهای ویدئویی دوربین مداربسته نیاز است؟ داده ها و جریان تصویری قرار است در چه بخشی ذخیره سازی شوند؟

انتخاب سیستم ذخیره سازی متناسب

سیستم های نظارت تصویری با یک هارددیسک معمولا می توانند تا حداکثر 16 دوربین مداربسته را پوشش دهند. نسل جدید هارددیسکها می توانند دوربین های مداربسته با رزولوشن بسیار بالا و تعداد بیشتری از دوربین های مداربسته را در حجم های بالای ذخیره سازی با امکان ضبط مداوم پشتیبانی کنند. در سیستم هایی مثل فروشگاههای زنجیره ای کوچک یک NVR یا DVR با 8 یا 16 کانال استفاده می شود. مدت زمان مورد نیاز برای آرشیو ویدئوها بصورت عادی تقریبا 2 هفته تا یک ماه است و نیاز بالایی به ضبط ویدئوهایی با دقت ورزولوشن بالار مثل پروژه های عظیم نخواهیم داشت. در این موارد یک هارددیسک با حجم متداول و ابتدایی مخصوص ضبط ویدئویی سیستم نظارت تصویری می تواند بخوبی مورد استفاده قرار گیرد.

در پروژه های عظیم  و پیشرفته تر مثل پروژه نظارت تصویری شهری که هزاران دوربین مداربسته تحت شبکه به یک مرکز کنترل ویژه متصل می شوند، راهکار ذخیره سازی پیشرفته تری برای پشتیبانی از این حجم جریان ویدئویی دریافتی از هزاران دوربین های مداربسته پیشرفته نیاز خواهد بود. در این موارد باید از هارددیسکهایی متعددی با ظرفیت بسیار بالا و قابلیتهای پیشرفته تر و اختصاصی استفاده کنید.

عوامل موثر در از کارافتادگی سیستم ذخیره سازی

Chu از مدیران شرکت سیگیت عنوان کرد که ازکار افتادگی هارددیسکها در سیستم های نظارت تصویری مورد رایجی است. علت از کار افتادگی هارددیسکها اغلب می تواند به عواملی مثل مشکل سیستم پاور تامین برق مربوط شود. پاورهای کامپیوتر هم در مدلهای مختلفی برای سیستم های متفاوت طراحی شده اند حال آنکه پاورهای دستگاههای نظارت تصویری هم همین طور هستند. بعضی موارد پاوری که برای DVR استفاده می شود بسیار ضعیف است و نمی تواند بیش از 1 هارددیسک را هم پشتیبانی نماید. Chu در این باره توصیه کرد از پاورها و منبع تغذیه ای با جریان الکتریکی 3 آمپر استفاده کنید تا مطمئن باشید می تواند توان الکتریکی کافی برای هارددیسکها را نیز تامین نماید. بعضی از DVR های ارزان قیمت هم که از پاورهای 2 آمپر استفاده می کنند که نمی تواند 3 هارددیسک را پشتیبانی کنند و معمولا دچار مشکل تامین برق هستند. اما پی بردن به این مشکل برای کاربران سخت است و مشکل را اغلب از هارددیسکها می بینند.

بعلاوه باید هر سال یک سری بهینه سازی و نظافت روی DVR ها انجام شود. باید DVR را باز کنید و با فرچه ای کامل گرد و غبار جمع شده در دستگاه را خارج کنید تا سیستم خنک تر و راحت تر کار کند و خطر از کار افتادگی بدلیل افزایش الکتریسیته ساکن یا زنگ زدگی دستگاه کاهش یابد.

بعضی مواقع هارددیسک اصلا عامل مشکل و از کار افتادگی سیستم نظارت تصویری نیست.

DVR های ارزان قیمت از چیپ ستهای SOC با معماری arm-based استفاده می کنند که نمی تواند جریان تصویری با تعداد فریمهای بالا را پشتیبانی و ذخیره کنند و بهمین دلیل با مشکلات ضبط یا از دست رفتن فریم های تصویری روبرو خواهید شد. بعضی مواقع هم حافظه روی بورد دوربین مداربسته نمی تواند در حداکثر سرعت ضبط فریم ها داده ها را به هارددیسک ارسال نماید و نتیجه تمام این کم کاریها کاهش یا از بین رفتن فریم های تصویری دوربین مداربسته خواهد شد.