МАЛОКАДРОВАЯ СИСТЕМА ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОТЯЖЕННЫХ РУБЕЖЕЙ ОХРАНЫ Российский патент 2014 года по МПК G08B25/08 G08B13/196 H04N7/18 

Изобретение относится к области охранной сигнализации, в частности к средствам видеонаблюдения, предназначенным для обнаружения и идентификации нарушителя, проникающего через зону обнаружения протяженного рубежа охраны и вызвавшего срабатывания средств обнаружения.

Общеизвестны способы видеонаблюдения охраняемой территории, в которых традиционно используются видеокамеры, расположенные в местах (пунктах) контроля и передающие видеоинформацию через магистрали связи на центральный пульт контроля оператора. Принятая видеоинформация непрерывно отображается на экране монитора и записывается в устройстве архивирования. Для просмотра видеоизображений от нескольких видеокамер используются несколько мониторов или один монитор с возможностью переключения (мультиплексирования) видеоизображений на него от разных видеокамер. В качестве магистралей связи обычно используют коаксиальные кабели при передаче видеосигнала в аналоговом виде или проводные линии связи при передаче видеоинформации в цифровом виде с использованием интерфейсов связи (например, Ethernet).

При большом количестве видеокамер, установленных на протяженных (до 60 км и более) объектах охраны, таких как рубежи Государственной границы РФ или магистральные трубопроводы, традиционные способы видеонаблюдения становятся неприемлемыми из-за сложности, большого объема и дороговизны используемого оборудования и кабельных линий связи, а также из-за рутинной работы операторов, на которых ложиться большая работа по обнаружению и идентификации нарушителя в огромных массивах видеоинформации. Функциональная надежность таких систем по обнаружению и идентификации нарушителя недопустимо низка. Функциональная надежность улучшается при использовании принципа малокадрового видеонаблюдения. Малокадровое телевидение (или системы медленного сканирования) используется с 80-х годов в космической отрасли. Суть малокадрового телевидения заключается в том, что захваченный видеокадр запоминается в буфере и далее передается с медленной скоростью в пункт приема, сохраняя при этом хорошее качество изображения (то есть быстродействие значительно уступает в угоду качеству изображения). Для увеличения скорости передачи в малокадровых системах используются алгоритмы сжатия, которые позволяют передавать изображение участков со сменой сюжета с высоким разрешением, а остальные части изображения (без смены сюжета) - с низким.

Преимуществом малокадровых систем видеонаблюдения является то, что они могут передавать видеоизображение по кабелям связи любого типа с шириной полосы 3 кГц (вместо 4,2 МГц, требуемых при передаче в реальном времени). Передача полного видеосигнала одного кадра в полосе 3 кГц происходит за время 1-72 с. Но при необходимости, например сигнале «Тревога», частота кадров может быть увеличена до нескольких изображений в секунду.

Общий существенный недостаток общеизвестных систем видеонаблюдения состоит в недостаточной функциональной надежности систем по обнаружению и достоверной идентификации нарушителя в протяженных рубежах охраны. Кроме того, общеизвестные системы видеонаблюдения и контроля протяженных рубежей охраны являются сложными по конструкции и дорогостоящими. К подобным системам можно отнести, например, известную систему «Electronic security and surveillance system», описанную в патенте US №4511886, МПК G08B 1/08, H04N 7/18, опубл. 1985 г. и содержащую группу видеокамер и группу детекторов движения, группу микрофонов и группу предварительных аудиоусилителей, группу датчиков тревоги, переключатель (switcher), блок переноса спектра (interface unit transmitter), в состав которого входят блок сжатия (video compresser) и буфер, коаксиальный кабель в качестве линии связи, центральная станция мониторинга (центральный блок контроля) и другие элементы. Данная система безопасности и видеонаблюдения обеспечивает подключение многих удаленных видеокамер к центральной станции мониторинга (центральному блоку контроля) посредством передачи информации по коаксиальному кабелю. Принцип преобразования видеосигналов для передачи заключается в их сжатии и переносе спектра в область высоких частот с последующим уплотнением по каналам для возможности передачи по коаксиальному кабелю. Для выбора каналов во времени используется переключатель, который в дежурном режиме может подключать камеры по желанию оператора или в приоритетном режиме подключать необходимую видеокамеру при возникновении сигнала с внешнего датчика (например, датчика тревоги).

Учитывая возможность подключения к центральному блоку контроля в системе большого числа удаленных видеокамер, система обладает конечной пропускной способностью. Наличие в системе буфера (с объемом 197 кB памяти) позволяет обеспечить медленную скорость сканирования в дежурном режиме (обновление на центральном блоке контроля каждые 4 с) и быструю скорость сканирования (обновление через 0, 2 с) в режиме тревоги.

Сходными существенными признаками заявленной и вышеупомянутой системы являются: центральный блок контроля и группа удаленных от него видеокамер, блок сжатия, буфер, входы от внешних датчиков.

Известна система «Addressable security monitoring system», описанная в патенте US №6646675, МПК H04N 7/18, G06K 9/00, G08B 29/00, опубл. 2003 г. и содержащая: центральный блок контроля и группу адресуемых видеокамер, подключенных к центральному блоку контроля с помощью единственного коаксиального кабеля. Данная система контроля безопасности с адресуемой способностью позволяет связать множество видеокамер с центральным блоком контроля, расположенным в пункте охраны, с помощью единственного коаксиального кабеля. Для подключения конкретной видеокамеры центральный блок контроля посылает по кабелю адресный сигнал, который воспринимается всеми видеокамерами. Видеокамеры демодулируют адресный сигнал и та видеокамера, в которой адреса совпадают, подключает видеосигнал к коаксиальному кабелю, который передается в центральный блок контроля и воспроизводится на мониторе охранника. С помощью указанного принципа в системе может быть осуществлен циклический опрос всех видеокамер по требованию оператора.

Сходными существенными признаками заявленной и вышеуказанной системы являются группа адресуемых видеокамер и центральный блок контроля.

Недостатком системы является отсутствие возможности регистрации по сигналу срабатывания внешнего датчика (тревоги) кадров видеоизображения, соответствующих предтревожной, тревожной и послетревожной ситуации в зоне обзора видеокамеры. Другим недостатком является использование коаксиального кабеля, который на протяженных рубежах охраны значительно удорожает систему видеонаблюдения и контроля.

Известна система «High-speed digital video serial link», описанная в патенте US №6084631, МПК H04N 5/232, опубл. 2000 г. и содержащая группу отдаленных видеокамер, блок коммутации (HUB), главный процессор (центральный блок контроля), коммутационные линии связи, соединяющие блок коммутации с главным процессором. Данная система обеспечивает видеоконтроль локальных участков территории и управление отдаленными видеокамерами в реальном времени путем использования двунаправленной цифровой последовательной связи. Система обеспечивает передачу информации в двух различных протоколах: один для передачи видеоизображения, другой - для коммутации и контроля. За счет использования цифровой передачи информации в системе снижены требования к полосе пропускания частот, что позволяет использовать более простые и более дешевые кабели связи. Коммутационные линии связи могут быть выполнены предпочтительно двумя витыми парами проводов. В качестве альтернативы могут использоваться оптоволоконные линии связи или радиоканал.

Сходными существенными признаками являются: группа отдаленных видеокамер, блок коммутации (блок локальный), центральный блок контроля (главный процессор), коммутационные линии связи (канал коммутации).

Недостатком системы является возможность потери важной тревожной видеоинформации при переключении видеокамер с одной на другую или при быстрой смене видеосюжетов из-за отсутствия буферизации (запоминания) кадров изображения в видеокамерах, что усложняет или делает неприемлемым детальный просмотр тревожной ситуации с целью достоверной идентификации нарушителя. Другим недостатком системы является отсутствие возможности регистрации по сигналу срабатывания внешнего датчика (тревоги) кадров видеоизображения, соответствующих предтревожной, тревожной и послетревожной ситуации в зоне обзора видеокамеры.

Известен «Способ многоканального видеонаблюдения и реализующая его система (варианты)», описанные в патенте RU №2250503, МПК G08B 25/08, G08B 13/196, Н04N 7/18, опубл. 2005 г. Система, реализующая данный способ, содержит блоки видеонаблюдения с видеокамерой и микрофоном, кабельный передатчик, телевизионную кабельную магистраль, систему визуализации и/или записи, блок суммирования N видеоаудиоканалов в один комплексный видеоаудиосигнал. Данная система обеспечивает передачу изображения и звука в реальном масштабе времени от нескольких видеокамер через единую кабельную магистраль (коаксиальный кабель) путем суммирования групповых спектров телевизионных сигналов и переноса полученного спектра в высокочастотную область. Система обеспечивает как одновременный показ видеоизображений с камер видеонаблюдения, так и выборочный показ по команде оператора с одной из видеокамер. В частности, указанная система предназначена для многоканального видеонаблюдения железнодорожного пассажирского состава, состоящего из 12 вагонов (4 видеокамеры на вагон), с возможностью сканирования в интервале 1-15 секунд.

Сходными существенными признаками являются: видеокамеры, кабельная магистраль, система визуализации и/или записи (центральный блок контроля).

Недостатком системы является возможность потери важной тревожной видеоинформации при переключении видеокамер с одной на другую или при быстрой смене видеосюжетов из-за отсутствия буферизации (запоминания) кадров изображения в видеокамерах, что усложняет или делает неприемлемым детальный просмотр тревожной ситуации с целью достоверной идентификации нарушителя. Недостатком системы является также отсутствие возможности регистрации по сигналу срабатывания внешнего датчика (тревоги) кадров видеоизображения, соответствующих предтревожной, тревожной и послетревожной ситуации в зоне обзора видеокамеры. Следует отметить, что при большом количестве видеокамер при суммировании групповых спектров телевизионных сигналов снижается качество изображения, что затрудняет идентификацию нарушителя. Кроме того, данная система становится неприемлемой для видеонаблюдения и контроля протяженных рубежей охраны (например, для охраны Госграницы РФ с участками до 60 км) из-за значительной стоимости коаксиальных линий связи (телевизионной кабельной магистрали).

Упомянутые недостатки частично устраняются в другом наиболее близком по технической сущности к заявленному изобретению, известном устройстве «Рrе-alarm video buffer», описанном в патенте US №2008/0198268, МПК H04N 7/18, опубл. 2008 г. Устройство содержит видеокамеру (или видеосервер), в состав которой входят блок интерфейса (data network interface), матрица изображения с оптическим окном и объективом (analog camera), блок оцифровки (A/D converter), видеоконтроллер (video controller), блок сжатия (compression engine), буфер, предназначенный для сохранения предтревожных кадров изображения (pre-alarm buffer), процессор (processor), запоминающее устройство (memory), вход для подключения внешнего датчика (detector), блок объединения (combiner) и канал коммутации (LAN/Internet).

Данное устройство обеспечивает буферизацию видеопоследовательности. Используемый в устройстве метод позволяет получать входные структуры кадров изображения от входного потока видео, включающие полные структуры изображения и отличительные структуры изображения. В изделии применяется алгоритм сжатия видеопоследовательности (например, по стандарту MPEG-4), согласно которому некоторые полные структуры изображения заменяются отличительными структурами изображения, которые содержат различия между предыдущей полной структурой изображения и замененной структурой. Таким образом в буфере можно хранить вместо полной видеоинформации только различия между существующей структурой и предыдущей структурой, что обеспечивает уменьшение объема буфера. Использование буфера в сочетании с блоком сжатия позволяет по сигналу с внешнего датчика выделить предтревожную и послетревожнную видеопоследовательности и передать их в центральный блок контроля с помощью блока интерфейса посредством канала коммутации. Предложенный в устройстве метод позволяет передавать от 10 до 300 кадров тревожной видеоинформации с быстродействием 10 кадров в секунду, что соответствует от 1 до 30 с времени наблюдения тревожной ситуации.

В дежурном режиме информация с выхода аналоговой камеры поступает в блок оцифровки и далее на вход видеоконтроллера, который преобразует видеосигналы в видеоизображение. Блок сжатия сжимает кадры видеоизображения в формат MPEG-4 и передает их на вход блока интерфейса, который в свою очередь отправляет их в центральный блок контроля по каналу коммутации.

При обнаружении нарушителя по сигналу с внешнего датчика процессор посылает команды видеоконтроллеру и буферу, по которым полные структуры изображения и от видеоконтроллера и сжатые структуры изображения от блока сжатия поступают в буфер.

Предтревожная видеопоследовательность формируется объединителем, в котором полные структуры изображения комбинируются с отличительными структурами и передаются далее через блок интерфейса по каналу коммутации в центральный блок контроля. После завершения передачи предтревожной видеоинформации послетревожная информация передается в обычном (дежурном) режиме. Таким образом, предтревожная и послетревожная видеоинформация по сигналу с внешнего датчика посылается оператору на центральный блок контроля автоматически. В устройстве также существует возможность инициализировать процесс формирования предтревожной и послетревожной информации в результате анализа видеоизображений с помощью детектора движения, который реализован программным путем при работе процессора (программа хранится в запоминающем устройстве). Все процессы, происходящие в устройстве, выполняются под управлением компьютерной программы, которая хранится также в запоминающем устройстве.

Общими существенными признаками с заявляемым решением являются: видеокамера, содержащая блок интерфейса, матрица изображения с оптическим окном и объективом (аналоговая камера), выход которой подключен к блоку оцифровки, выход которого подключен к первому входу видеоконтроллера, выход которого через блок сжатия подключен к первому входу буфера, предназначенного для сохранения предтревожных кадров изображения, второй вход которого подключен к первому входу процессора, первый вход/выход которого подключен к входу/выходу видеоконтроллера, второй вход/выход процессора подключен к входу/выходу запоминающего устройства, вход процессора является входом видеокамеры для подключения внешнего датчика, выход блока интерфейса подключен к каналу коммутации.

Недостатком устройства является (ввиду одностороннего интерфейса) отсутствие возможности регулирования оператором центрального блока контроля количества кадров предтревожной, тревожной и послетревожной информации, а также частоты обновления видеоизображения (количества кадров с секунду) и общего времени видеонаблюдения с целью детального просмотра тревожной ситуации с хорошим качеством изображения с целью достоверной идентификации нарушителя.

Недостатком устройства является также невозможность функционирования в режиме день/ночь с подсветкой зоны обзора видеокамеры в ночное время с помощью ИК-прожектора, а также отсутствие адресуемости видеокамер, что исключает возможность наращивания количества видеокамер для наблюдения и контроля протяженных рубежей охраны.

Целью настоящего изобретения является повышение функциональной надежности.

Для достижения этой цели в известное техническое решение введены новые существенные признаки, функциональные элементы и связи, которые позволяют, во-первых, повысить функциональную надежность за счет повышения качества принимаемого видеоизображения предтревожной, тревожной и послетревожной видеоинформации, формируемой по сигналу с внешнего датчика, и получить возможность детального просмотра тревожной ситуации с целью достоверной идентификации нарушителя, во-вторых, повысить функциональную надежность за счет круглосуточного видеонаблюдения с использованием режима день/ночь и, в-третьих, снизить материальные затраты на создание системы, а в целом расширить область применения системы как для охраны локальных участков, площадей, ограниченных зон контроля, так и для протяженных рубежей охраны, таких как Государственная граница РФ, магистральные трубопроводы, железные дороги и т.п.

Повышение функциональной надежности достигнуто, во-первых, в предложенном первом варианте малокадровой системы видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны, которая содержит видеокамеру, установленную на локальном участке протяженного рубежа охраны, содержащую блок интерфейса, оптическое окно, первый объектив, первую матрицу изображения, выход которой подключен к блоку оцифровки, выход которого подключен к первому входу видеоконтроллера, выход которого через блок сжатия подключен к первому входу буфера, предназначенного для сохранения предтревожных кадров изображения, второй вход которого подключен к первому выходу процессора, первый вход/выход которого подключен к входу/выходу видеоконтроллера, второй вход/выход процессора подключен к входу/выходу запоминающего устройства, вход процессора является входом видеокамеры для подключения внешнего датчика, выход блока интерфейса подключен к каналу коммутации, выход буфера подключен к первому входу блока интерфейса, второй вход/выход которого подключен к третьему входу/выходу процессора, канал коммутации выполнен в виде двустороннего интерфейса связи, первый вход/выход которого подключен к входу/выходу блока интерфейса, второй вход/выход подключен к центральному блоку контроля, а остальные входы/выходы предназначены для подключения других видеокамер (общее число m), центральный блок контроля выполнен в виде автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора с ПЭВМ, которое обеспечено архивной памятью, системой тревожного оповещения и необходимым комплектом программного обеспечения.

Во-вторых, повышение функциональной надежности достигнуто в предложенном втором варианте малокадровой системы видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны, в которую дополнительно к первому варианту системы для функционирования в режиме день/ночь внутрь видеокамеры введены второй объектив, оптический фильтр, вторая матрица изображения, коммутатор видеосигнала и ИК-прожектор, выход второй матрицы изображения подключен к второму входу коммутатора видеосигнала, третий вход которого подключен к второму выходу процессора, третий выход которого подключен к входу ИК-прожектора.

В-третьих, повышение функциональной надежности, а также расширение области применения системы достигнуты в предложенном третьем варианте малокадровой системы видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны, в которую дополнительно к первому или второму вариантам к каналу коммутации подключена группа адресуемых видеокамер (общее число m), установленных на других локальных участках протяженного рубежа охраны. Канал коммутации выполнен в виде сети передачи информации по проводам, оптоволокну или радиоканалу посредством двустороннего последовательного интерфейса связи.

В-четвертых, повышение функциональной надежности, а также расширение области применения системы достигнуты в предложенном четвертом варианте малокадровой системы видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны, в которую дополнительно к третьему варианту введены n дополнительных групп адресуемых видеокамер, подключенных к соответствующим каналам коммутаций, которые подключены в свою очередь через соответствующие блоки, локальные к центральному блоку контроля.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-5, на которых изображено следующее.

На фиг.1 приведена структурная схема малокадровой системы видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны, где введены обозначения: видеокамера - 1, канал коммутации - 2, центральный блок контроля - 3, в состав видеокамеры входят: оптическое окно - 4, первый объектив - 5, первая матрица изображения - 6, блок оцифровки - 7, видеоконтроллер - 8, блок сжатия - 9, буфер - 10, блок интерфейса - 11, процессор - 12, запоминающее устройство - 13, вход для внешнего датчика - 14. На фиг.2 приведена структурная схема малокадровой системы видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны, состоящая из видеокамер с функциями день/ночь - 15, канала коммутации - 2 и центрального блока контроля - 3. В состав каждой видеокамеры день/ночь 15 входят: оптическое окно - 4, первый объектив - 5, первая матрица изображения - 6, блок оцифровки - 7, видеоконтроллер - 8, блок сжатия - 9, буфер - 10, блок интерфейса - 11, процессор - 12, запоминающее устройство - 13, вход для внешнего датчика - 14, второй объектив - 16, оптический фильтр - 17, вторая матрица изображения - 18, коммутатор видеосигнала - 19, ИК-прожектор - 20.

На фиг.3 приведена структурная схема малокадровой системы видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны с разбиением системы на группы локальных участков (зон) с адресуемыми видеокамерами - 21. Каждая группа адресуемых видеокамер содержит блок локальный - 22, к которому посредством канала коммутации 2 подключена группа адресуемых видеокамер 15 (общее число m). Малокадровая система видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны в общем случае содержит n групп локальных участков (зон) 21 с адресуемыми видеокамерами 15, которые посредством канала коммутации 2 подключены к центральному блоку контроля 3.

На фиг.4 приведена схема расположения на местности малокадровой системы видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны при организации однофлангового протяженного рубежа охраны. Территориально группы локальных участков 21 с адресуемыми видеокамерами 15 расположены последовательно вдоль охраняемого объекта. Варианты реализации локальных участков 21 с адресуемыми видеокамерами 15 (варианты фиг.4а и фиг.4б) отличаются расположением блока локального 22. В первом случае блок локальный 22 расположен в конце (на краю) локального участка, во втором случае - в его середине.

На фиг.5 приведена схема расположения на местности малокадровой системы видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны при организации двухфлангового протяженного рубежа охраны.

Первый вариант предложенной системы (фиг.1) работает следующим образом. Видеокамера 1 устанавливается на локальном участке протяженного рубежа охраны и подключается посредством первого входа/выхода канала коммутации 2 к центральному блоку контроля 3. Остальные входы/выходы канала коммутации 2 предназначены для подключения других видеокамер (общее число m). Канал коммутации 2 выполнен в виде двустороннего интерфейса связи и предназначен для передачи кадров видеоизображения в цифровом виде по направлению от видеокамеры 1 к центральному блоку контроля 3. В обратном направлении от центрального блока контроля 3 на видеокамеру 1 поступает командная информация, обеспечивающая выбор режимов работы видеокамеры 1. Зона обзора видеокамеры 1 охватывает участок местности вдоль рубежа охраны. Видеокамера 1 работает в видимом диапазоне длин волн. В качестве альтернативы возможна работа в ИК-диапазоне длин волн в качестве тепловизионной камеры. Изображение участка местности через оптическое окно 4 и далее посредством первого объектива 5 фокусируется на первой матрице изображения 6 (например, ПЗС-матрице), которая преобразует изображение местности в электрические сигналы. Эти сигналы поступают в блок оцифровки 7 и далее на вход видеоконтроллера 8, который преобразует оцифрованные видеосигналы в видеоизображение. Блок сжатия 9 сжимает кадры видеоизображения (например, в формате MPEG-4) и передает их в буфер 10, который обеспечивает работоспособность видеокамеры 1 в двух режимах: в первом режиме - сохранение предтревожных, тревожных и послетревожных кадров изображения по сигналу от внешнего датчика (тревоги), а во втором режиме - непрерывное малокадровое видеонаблюдение по команде оператора центрального блока контроля 3. Буфер 10 выполнен по схеме циклической перезаписи информации с возможностью адресного выделения при поступлении сигнала от внешнего датчика (тревоги) 3-х зон памяти для сохранения кадров изображения предтревожной, тревожной и послетревожной информации. Указанная схема буфера 10 является общеизвестной и раскрыта, например, в описании известного « Устройства сопряжения» (см. авторское свидетельство №303322, МПК G06F 13/00, опубл. 1989 г.). Буфер 10 в первом режиме выполняет непрерывную циклическую перезапись поступающей информации (например, по кольцу) с определенной частотой до тех пор, пока не будет сформирован сигнал от внешнего датчика (тревоги), который по входу для внешнего датчика 14 поступает в видеокамеру 1 и далее в процессор 12, который в свою очередь посылает управляющий сигнал в буфер 10. По этому сигналу буфер 10 приостанавливает процесс циклической перезаписи информации (путем остановки пересчета адресов) и сохраняет определенное количество кадров предтревожной, тревожной и послетревожной информации в соответствующих выделенных адресным путем зонах памяти. Следует отметить, что эти зоны физически могут последовательно располагаться в разных областях памяти, так как пересчет адресов не синхронизирован с моментом возникновения сигнала от внешнего датчика (тревоги) и может быть остановлен в любое время. Далее буфер 10 инициирует процесс последовательной выдачи сохраненных кадров изображения в блок интерфейса 11, начиная с предтревожных кадров, продолжая передавать тревожные и заканчивая послетревожными кадрами. Процесс последовательной передачи блоком интерфейса 11 информации в канал коммутации 2 происходит с более медленной частотой (чем частота записи в буфер 10) с целью обеспечения качественной передачи кадров изображения по каналу коммутации 2, имеющему при использовании кабеля связи любого типа минимально возможную полосу 3 кГц. В центральном блоке контроля 3, который выполнен в виде автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора с персональной ЭВМ, принятая видеоинформация последовательно отображается на мониторе для анализа и принятия оператором решения по тревожной ситуации, которая возникла на локальном участке рубежа охраны. При детальном просмотре кадров видеоизображения (предтревожных, тревожных и послетревожных) оператор идентифицирует нарушителя и принимает решение о включении системы тревожного оповещения. Если оператор удостоверился, что сигнал тревоги возник в результате воздействия помеховых факторов (изменения погодных условий, движения животных или птиц и т.п.), то система тревожного оповещения не включается. Вся видеоинформация, поступающая в центральный блок контроля 3, сохраняется в архивной памяти АРМ оператора. Оператор может повысить функциональную надежность системы за счет качества принимаемого видеоизображения путем регулирования количества предтревожных, тревожных (обычно один кадр) и послетревожных кадров изображения, а также частоты смены кадров (количества кадров за единицу времени) для надежного обнаружения и идентификации нарушителя. Команды от оператора по двустороннему каналу коммутации 2 поступают на первый вход/выход блока интерфейса 11 и далее через второй вход/выход поступают на третий вход/выход процессора 12. Процессор 12 декодирует команды оператора и в виде сигналов управления направляет их через свой выход на второй вход буфера 10. Сигналы управления управляют режимами работы (первый или второй режим), а также количеством вышеупомянутых кадров и частотой их смены. Второй режим работы отличается от первого тем, что буфер 10 обеспечивает непрерывное малокадровое видеонаблюдение по команде оператора центрального блока контроля 3. Буфер 10 в этом случае используется в качестве стековой памяти для последовательного процесса накопления, продвижения по стеку и непрерывной выдаче на выход кадров изображения. Процессор 12 при этом блокирует сигналы, поступающие на вход для внешнего датчика 14, и предтревожные, тревожные и послетревожные кадры изображения не формируются. Буфер 10 обеспечивает лишь разные скорости записи и считывания по его входу и выходу. Интенсивность непрерывного малокадрового видеонаблюдения (количество кадров за единицу времени) может также регулироваться оператором. Связь между процессором 12 и видеоконтроллером 8 обеспечивает их взаимодействие для обеспечения работоспособности видеокамеры 1. Все процессы, происходящие в видеокамере 1, выполняются под управлением компьютерной программы, которая хранится в запоминающем устройстве 13.

Второй вариант системы в отличие от первого варианта обеспечивает работоспособность системы в режиме день/ночь с подсветкой зоны обзора видеокамеры в ночное время с помощью ИК-прожектора. Структурная схема второго варианта системы приведена на фиг.2. Для функционирования в режиме день/ночь внутрь видеокамеры 15 введены второй объектив 16, оптический фильтр 17, вторая матрица изображения 18, коммутатор видеосигнала 19 и ИК-прожектор 20. В отличие от первого варианта системы на фиг.2 изображены дополнительные связи между элементами 18-19, 6-19, 19-7, 12-19 и 12-19.

Второй вариант предложенной системы (фиг.2) работает следующим образом. Второй объектив 16 с оптическим фильтром 17 и второй матрицей изображения 18 создают внутри видеокамеры 15 второй канал обзора, который отличается от первого канала обзора (первого объектива 5 и первой матрицы изображения 6) наличием оптического фильтра 17 для работы в ночное время суток. Многие известные видеокамеры день/ночь имеют только один канал обзора с оптическим фильтром, который механическим способом (в виде заслонки) вставляется на определенное место канала обзора в ночное время и извлекается из него в дневное время. Известно, что механические движущие элементы менее надежны, чем их электронные аналоги. Использование второго (дублирующего) канала обзора обычно сдерживалось по ценовым и конструктивным соображениям (увеличение габаритов), но при микроминиатюризации электронных компонентов и их удешевлении эффективность использования двух каналов обзора стала реальностью. Таким образом, в видеокамере 15 не используются движущие механические детали, а первый и второй каналы обзора переключаются электронным коммутатором видеосигнала 19 по сигналу с процессора 12. То есть в дневное время работает первый канал обзора (использованы элементы 5-6-19-7), а в ночное время включается второй канал обзора (использованы элементы 16-17-18-19-7). К тому же дополнительно в ночное время одновременно с включением второго канала обзора включается ИК- прожектор 20 по сигналу с процессора 12. На фиг.2 пунктиром изображено, что для подсветки зоны обзора может также использоваться прожектор 20, расположенный снаружи видеокамеры 15.

Третий вариант системы в отличие от первого или второго вариантов обеспечивает видеонаблюдение и контроль группы локальных участков протяженного рубежа охраны. В предложенном третьем варианте системы дополнительно к первому (фиг.1) или второму (фиг.2) вариантам к каналу коммутации подключена группа адресуемых видеокамер (общее число m), установленных на других локальных участках протяженного рубежа охраны. Канал коммутации 2 выполнен в виде сети передачи информации по проводам, оптоволокну или радиоканалу посредством двустороннего последовательного интерфейса связи.

Третий вариант предложенной системы работает следующим образом. Тревожная ситуация, возникшая по сигналу с внешнего датчика 14 на одном из участков протяженного рубежа охраны, передается на центральный блок контроля 3 с адресом (номером) конкретной видеокамеры 1 или 15 для просмотра оператором предтревожных, тревожных и послетревожных кадров изображения. Оператор также может подключить для видеонаблюдения любую видеокамеру из группы по своему усмотрению путем выдачи в канал коммутации 2 соответствующей команды на включение видеокамеры с заданным адресом (номером). При использовании оптоволоконного канала связи центральный блок контроля 3 и блоки интерфейса 11 видеокамер 15 должны быть оборудованы соответствующими оптоволоконными приемопередатчиками, а при использовании радиоканала связи - соответствующими радиочастотными беспроводными приемопередатчиками (трансиверами).

Четвертый вариант системы в отличие от третьего варианта обеспечивает видеонаблюдение и контроль протяженного рубежа охраны, учитывая удаленность зон контроля и возможную неравномерность их территориального расположения. Структурная схема четвертого варианта системы приведена на фиг.3, на которой изображена система с разбиением на группы локальных участков (зон) 21 с адресуемыми видеокамерами. Каждая группа адресуемых видеокамер содержит блок локальный 22, к которому посредством канала коммутации 2 подключена группа адресуемых видеокамер 15 (общее число m). Система в общем случае содержит n групп локальных участков (зон) 21 с адресуемыми видеокамерами, которые посредством канала коммутации 2 подключены к центральному блоку контроля 3.

Четвертый вариант предложенной системы (фиг.3) работает следующим образом. Тревожная ситуация, возникшая по сигналу с внешнего датчика 14 на одном из участков протяженного рубежа охраны, передается через блок локальный 22 на центральный блок контроля 3 с адресом (номером) конкретной видеокамеры 15 и адресом (номером) группы локальных участков 21 для просмотра оператором предтревожных, тревожных и послетревожных кадров изображения. Оператор также может подключить для видеонаблюдения любую видеокамеру 15 из любой группы локальных участков 21 по своему усмотрению путем выдачи в канал коммутации 2 соответствующей команды на включение видеокамеры с соответствующими адресами. Блок локальный 22 является известным устройством и в простейшем случае выполняет функцию электронного коммутатора каналов интерфейса (HUB), то есть функцию концентратора видеокамер группы локальных участков. Учитывая возможную удаленность блоков локальных 22 от центрального блока контроля 3, они могут быть дополнительно оснащены известными системами грозозащиты и электропитания.

Учитывая особенности территории и ландшафта охраняемого объекта, системы видеонаблюдения могут быть организованы разными способами. На фиг.4 приведена схема расположения на местности малокадровой системы видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны при организации однофлангового протяженного рубежа охраны. Территориально группы локальных участков 21 с адресуемыми видеокамерами 15 расположены последовательно вдоль охраняемого объекта (например, вдоль рубежей Государственной границы РФ, вдоль магистрального трубопровода, вдоль железнодорожного полотна и т.п.). Варианты реализации локальных участков 21 с адресуемыми видеокамерами 15 (варианты фиг.4а и фиг.46) отличаются расположением блока локального 22. В первом случае блок локальный 22 расположен в конце (на краю) локального участка, во втором случае - в его середине.

На фиг.5 приведена схема расположения на местности малокадровой системы видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны при организации двухфлангового протяженного рубежа охраны.

Зоны обзора видеокамер 15 в основном варианте должны последовательно и равномерно охватывать охраняемую территорию вдоль рубежа охраны. Допускается также располагать видеокамеры 15 неравномерно, группируя и сосредотачивая их на участках наиболее вероятного появления нарушителей. Видеокамеры 15 могут охватывать своими зонами обзора необходимые для охраны локальные территориально расположенные зоны, а также всю необходимую область охраны в целом.

Следует отметить, что вместо всех видеокамер или вместо некоторых из них могут использоваться тепловизионные камеры, работающие в инфракрасном диапазоне длин волн.

Использование принципа цифровой передачи видеоинформации по малопроводным магистралям связи в соответствии с протоколом последовательного интерфейса (RS - 485, RS - 232, CAN) позволяет осуществлять передачу в полосе 3 КГц, что допускает применение любых типов кабелей связи. Учитывая удаленное расположение протяженных рубежей ораны, этот факт позволяет снизить материальные затраты на создание системы в целом (используя более дешевые кабели).

Действующие лабораторные макеты первого, второго, третьего и четвертого вариантов системы подвергались всесезонным испытаниям в течение одного года. Была подтверждена устойчивая работоспособность действующих лабораторных макетов по обнаружению и идентификации нарушителей на фоне помех, вызванных изменением погодных условий.

Введенные в известное устройство дополнительные признаки и функциональные связи позволяют придать вариантам предлагаемой системы новые существенные свойства и расширить область применения системы как для охраны локальных участков, площадей, ограниченных зон контроля, так и для протяженных рубежей охраны, таких как Государственная граница РФ, магистральные трубопроводы, железные дороги и т.п.

Изобретение относится к области охранной сигнализации, в частности к средствам видеонаблюдения, предназначенным для обнаружения и идентификации нарушителя, проникающего через зону обнаружения протяженного рубежа охраны и вызвавшего срабатывания средств обнаружения. Технический результат изобретения заключается в повышении функциональной надежности системы за счет повышения качества принимаемого видеоизображения предтревожной, тревожной и послетревожной видеоинформации в малокадровом режиме, формируемой по сигналу сработавшего средства обнаружения (внешнего датчика), с целью детального просмотра тревожной ситуации для достоверной идентификации нарушителя, а также за счет круглосуточного видеонаблюдения с использованием видеокамер в режиме день/ночь с подсветкой зоны обзора видеокамер в ночное время с помощью ИК-прожекторов. Система состоит из центрального блока (пункта) контроля и множества групп территориально удаленных адресуемых видеокамер, соединенных с центральным блоком контроля с помощью канала коммутации. Канал коммутации выполнен в виде сети передачи цифровой информации посредством двустороннего последовательного интерфейса связи. 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Малокадровая система видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны, содержащая видеокамеру, установленную на локальном участке протяженного рубежа охраны, содержащую блок интерфейса, оптическое окно, первый объектив, первую матрицу изображения, выход которой подключен к блоку оцифровки, выход которого подключен к первому входу видеоконтроллера, выход которого через блок сжатия подключен к первому входу буфера, предназначенного для сохранения предтревожных кадров изображения, второй вход которого подключен к первому выходу процессора, первый вход/выход которого подключен к входу/выходу видеоконтроллера для взаимодействия процессора с видеоконтроллером и обеспечения работоспособности видеокамеры, второй вход/выход процессора подключен к входу/выходу запоминающего устройства, вход процессора является входом видеокамеры для подключения внешнего датчика, выход блока интерфейса подключен к каналу коммутации, отличающаяся тем, что выход буфера подключен к первому входу блока интерфейса, второй вход/выход которого подключен к третьему входу/выходу процессора, который декодирует команды оператора и управляет первым режимом работы (для сохранения определенного количества кадров предтревожной, тревожной и послетревожной информации) или вторым режимом работы (для обеспечения непрерывного малокадрового видеонаблюдения и блокирования сигналов от внешнего датчика), а также количеством кадров и частотой их смены, канал коммутации выполнен в виде двустороннего интерфейса связи, первый вход/выход которого подключен к входу/выходу блока интерфейса, второй вход/выход подключен к центральному блоку контроля, а остальные входы/выходы предназначены для подключения других видеокамер (общее число m), центральный блок контроля выполнен в виде автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора с ПЭВМ, которое обеспечено архивной памятью, системой тревожного оповещения и необходимым комплектом программного обеспечения.

2. Малокадровая система видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны по п.1, отличающаяся тем, что для функционирования в режиме день/ночь внутрь видеокамеры введены второй объектив, оптический фильтр, вторая матрица изображения, коммутатор видеосигнала и ИК-прожектор, выход второй матрицы изображения подключен к второму входу коммутатора видеосигнала, третий вход которого подключен к второму выходу процессора, третий выход которого подключен к входу ИК-прожектора, при этом процессор дополнительно обеспечивает функцию управления переключениями первого и второго канала обзора с помощью коммутатора видеосигнала и функцию одновременного включения ИК-прожектора с включением второго канала обзора в ночное время.

3. Малокадровая система видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны по п.1 или 2, отличающаяся тем, что к каналу коммутации подключена группа адресуемых видеокамер (общее число m), установленных на других локальных участках протяженного рубежа охраны. Канал коммутации выполнен в виде сети передачи информации по проводам, оптоволокну или радиоканалу посредством двустороннего последовательного интерфейса связи.

4. Малокадровая система видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны по п.3, отличающаяся тем, что в систему введены n дополнительных групп адресуемых видеокамер, подключенных к соответствующим каналам коммутаций, которые подключены в свою очередь через соответствующие блоки локальные к центральному блоку контроля.

5. Малокадровая система видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны по п.2, отличающаяся тем, что ИК-прожектор расположен снаружи видеокамеры.

6. Малокадровая система видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны по п.1 или 2, отличающаяся тем, что буфер каждой видеокамеры используется в первом режиме для сохранения предтревожных, тревожных и послетревожных кадров изображения по сигналу от внешнего датчика.

7. Малокадровая система видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны по п.6, отличающаяся тем, что буфер выполнен по схеме циклической перезаписи информации с возможностью адресного выделения при поступлении сигнала от внешнего датчика 3-х зон памяти для сохранения кадров изображения предтревожной, тревожной и послетревожной информации.

8. Малокадровая система видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны по п.6, отличающаяся тем, что количество предтревожных, тревожных и послетревожных кадров изображения может регулироваться оператором для получения достаточной информации по качеству изображения и количеству кадров за единицу времени для надежного обнаружения и идентификации нарушителя.

9. Малокадровая система видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны по п.1 или 2, отличающаяся тем, что буфер каждой видеокамеры используется во втором режиме для непрерывного малокадрового видеонаблюдения по команде оператора центрального блока контроля.

10. Малокадровая система видеонаблюдения для контроля протяженых рубежей охраны по п.9, отличающаяся тем, что буфер используется в качестве стековой памяти для последовательного процесса накопления, продвижения по стеку и непрерывной выдачи кадров изображения.

11. Малокадровая система видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны по п.9, отличающаяся тем, что интенсивность непрерывного малокадрового видеонаблюдения (количество кадров за единицу времени) может регулироваться оператором.

12. Малокадровая система видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны по п.3 или 4, отличающаяся тем, что видеокамеры территориально расположены последовательно вдоль всего протяженного рубежа охраны.

13. Малокадровая система видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны по п.3 или 4, отличающаяся тем, что видеокамеры охватывают необходимые для охраны локальные территориально расположенные зоны, а также всю необходимую область охраны.