Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

ГОСТ "Методики тестирования систем охранного телевидения".

В рубрику "Комплексные системы безопасности" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

ГОСТ "Методики тестирования систем охранного телевидения"

Продолжение

A.M. Омельянчук
Руководитель отдела разработки компании "ЛВС Электронике"

В статье с таким же названием, опубликованной в предыдущем номере журнала ( "СБ" №2 (80)-2008, с. 240), я описывал подход к комплексному тестированию систем охранного телевидения, смонтированных на объекте. После ее выхода на форуме "Мост безопасности" (www.security-bridge.com) развернулась дискуссия, основными идеями, высказанными в ее ходе, я и хочу сегодня поделиться с читателями. В настоящей статье представлены по большей части мысли не мои, а моих коллег, уважаемых экспертов в области охранного телевидения, эти мысли даны в моем изложении и так, конечно, как они были мной восприняты. Перечислю фамилии соавторов: А. Попов, Ю. Гедзберг, Р. Валеев, Е. Трефилов, А. Гонта, С. Уточкин, Ю. Отян, господа Арбузов и Новиков и другие; извините, если кого забыл или не распознал под псевдонимом...

Дискуссия выявила необходимость стандартизации требований, которые предъявляются с двух сторон. Первая сторона - требования к системе в целом, накладывающие обязательства на проектировщиков и монтажников таких систем ради облегчения жизни конечных пользователей. Вторая сторона - требования к компонентам систем, накладывающие обязательства на поставщиков этих компонентов ради облегчения жизни проектировщиков комплексных систем. Соответственно и прошедшая дискуссия состояла из двух частей. Тема первой - какулучшитьспособы комплексного тестирования готовых систем, второй -какие параметры компонентов наиболее важны для проектировщика системы и обязательно должны унифицированно измеряться и распространяться на все оборудование.

Тестрование комплексных систем

Следует обратить внимание на то, что тестирование (приемочные испытания) системы нельзя рассматривать в отрыве от этапов формирования технического задания на разработку системы и согласования проекта. Широко распространено мнение, что заключительные испытания должны включать в себя лишь проверку соответствия оборудования указанным в проекте параметрам и проверку правильности монтажа оборудования. В просторечии такой подход ассоциируется с фразой из миниатюры А. Райкина: "К пуговицам претензий нет? Пришиты прочно?" Действительно, именно так следует принимать работу монтажной организации, если ей дан готовый проект и она обязана его осуществить в кратчайшие сроки, не отклоняясь при этом от буквы проекта. Минимальный риекдля исполнителя, вся ответственность лежит на заказчике. Но применим ли такой подход к работе проектировщика, а тем более генподрядчика системы? (Термины "генподрядчик", "проектировщик" и т.д. на первый взгляд относятся только кочень крупным проектам, но, по сути, их функции присутствуют всегда. Просто в небольших проектах генподрядчик фактически является и поставщиком, и проектировщиком, и монтажником.)

Другое распространенное мнение заключается в том, что исходное задание проектировщикам также должно содержать конкретные технические требования (установить видеокамеру с углом зрения таким-то, чувствительностью такой-то и разрешением таким-то). То есть заказчик системы должен сам, изучив литературу и проведя многочисленные эксперименты, определить требования к видеосистеме в четких технических терминах. Единственное послабление, необходимость которого признается всеми, состоит в том, что требования должны быть к видеоканалу, то есть на проектировщика следует-таки возложить выбор компонентов видеотракта, объектива и видеокамеры для достижения результирующего разрешения видеоканала. А это уже означает некоторый риекдля проектировщика, ведь результат сочетания искажений, вносимых объективом, камерой, видеотрактом, рекордером, монитором, практически непредсказуем. Может получиться, что все элементы испытаны на 500 ТВЛ, и в результате сквозной тракт тоже составляет 500 ТВЛ. А может быть, что каждый элемент по отдельности рассчитан на 1000 ТВЛ, а при их совместном включении получилось 250 ТВЛ. Поскольку природа ограничений разрешения у объектива (линза), видеокамеры (дискретная матрица), рекордера (цифровая компрессия) и монитора (ЭЛТ) совершенно разная, результаты их совместного применения предсказывать трудно. Однако основная идея опять же заключается в том, что проектировщик может принять на себя лишь простейшую четко сформулированную, чисто техническую задачу расчета видеотракта, но не хочет отвечать на вопросы "зачем и почему". Перед нами тот же синдром "претензий к пуговицам".

Причина такого отношения проектировщиков к заказчику понятна. Бессовестные заказчики встречаются столь же часто, как бессовестные или просто неопытные исполнители. Если согласиться на субъективную оценку качества системы, то заказчик, нежелающий платить за выполненную работу, всегда сможет настаивать на том, что "ему лично субъективно плохо видно".

Разнообразие внешних условий так велико (причем условия постоянно изменяются), и с точки зрения честного проектировщика, было бы просто безответственно гарантировать, что при всех условиях наблюдения, например, будет виден нарушитель, пересекающий полосу отчуждения. Хорошо известно, что тренированный боец в соответствующем камуфляже в сумерках может проползти буквально под носом у часового и не будет обнаружен. Система видеонаблюдения ничуть не лучше человеческого глаза. Хотя по чувствительности современные видеокамеры слегка превышают глаз, зато качество передачи оттенков серого значительно хуже, и в результате различимость низкоконтрастных объектов, как правило, серьезно уступает той, которую при наблюдении обеспечивают глаза.

Что же делать?

Очевидно, сочетать все указанные подходы по крайней мере там, где это уместно. Понятно, что при создании системы видеонаблюдения на АЭС испытания будут включать в себя подробные измерения всех параметров всех видеоканалов, а заключительные испытания будут проводиться с масштабными учениями по отражению нападения условного противника, в роли которого будет выступать спецназ с соседней станции. Также понятно, что при создании системы, предназначенной для видеонаблюдения за продуктовым магазином, приемка ограничится кратким опробованием системы, и уж точно никто не будет измерять разрешение по результатам натурных испытаний.

Итак, вероятно, есть смысл разработать два набора проверяемых параметров:

  • комплексных - для проверки работы системы какохранной (но это трудоемко);
  • частичных - на измерение технических параметров отдельных видеоканалов (это проще воспроизвести).

Кроме того, для каждого параметра предполагается разработать две методики проверки:

  • простейших-для ускоренной приемки или для простых объектов;
  • инструментальных или статистических - для объективного измерения (трудоемко, но оправданно для ответственных объектов или в случае возникновения спора заказчика с исполнителем).

Наконец, необходимо зафиксировать рекомендуемые значения технических параметров для решения типовых зрительных (охранных) задач.

Натурные испытания комплексных систем

В ходе дискуссии было также поднято еще несколько интересных вопросов, касающихся натурных испытаний комплексных систем, - испытания эргономики, быстродействия и выбор условий для испытания.

Эргономика

Многие считают, что эргономика стольже субъективна, как и оценка произведений искусства. Кому-то нравится, кому-то нет. Поэтому широко распространены проявления все того же "синдрома претензий к пуговицам" - дескать, пусть заказчик на этапе технического предложения ознакомится с предложенной системой, представит себе ее в работе и затем уже не жалуется, что ему неудобно.

Однако существуют объективные критерии "удобства". Основной из них - это измеренное время выполнения задания оператором. Если он работает быстро, значит, ему удобно, хотя ему самому, может быть, что-то и не нравится. Вместо скорости выполнения может использоваться такой критерий, как количество ошибок при фиксированной частоте событий, но что касается охранных систем, то здесь неуместно говорить о "частоте событий", ведь ограбления случаются не 5 раз в минуту и даже не 5 раз в год. Второй распространенный критерий (принципиально отличный) -скорость уставания оператора (сколько времени он может непрерывно работать, прежде чем у него заметно замедлится реакция или заметно увеличится количество ошибок).

Проблема в том, что измерения, например, времени выполнения задания оператором весьма трудоемки. Их нерационально проводить на небольших объектах. Однако в любом случае можно потребовать от проектировщика предоставить описание предполагаемого алгоритма действий оператора и расчетную оценку скорости выполнения типичных функций. Одно это позволит выявить такие частые ошибки в эргономике систем, как, например, случаи ручного переключения видеокамер. Действительно, на первый взгляд, кажется, что достаточно вручную переключать камеры, имеющие отношение к тревожной ситуации. На практике это означает, что оператор должен по шпаргалке выяснять номера камер, относящихся к данной тревоге, вручную последовательно набирать номер очередной камеры на клавиатуре, анализировать изображение. Если система состоит из 3 камер, такой алгоритм успешно работает, время выполнения функции находится в пределах нескольких секунд. А если в системе сотни камер, сотни тревог, и на одну тревогу назначено десяток камер, то ручной их перебор - да еще когда каждый раз надо определять по картинке, куда смотрит камера, - занимает несколько минут.

Быстродействие

Коллеги также отметили, что понятие "быстродействие" смешивает два разных понятия.

Во-первых, быстродействие может характеризовать способность системы отображать быстро движущиеся предметы без искажений, без смазывания. Основным механизмом, препятствующим качественному отображению движущихся предметов, является выдержка затвора видеокамеры (время накопления изображения) Как правило, выдержка составляет 1/50 с, но электронный затвор может работать и в режиме 1/100 000 с или даже быстрее, а иногда, наоборот, у камеры может оказаться включенным режим накопления слабых сигналов, что фактически означает выдержку вплоть до единиц секунд.

Для движущегося автомобиля (100 км/ч) самые короткие выдержки означают размазывание на 0,3 мм, то есть оно не будет препятствовать распознаванию лиц людей в автомобиле или номера автомобиля.

Для человека, бегущего со скоростью 10 м/с, обычная выдержка приводит к размазыванию на 20 см. Это означает, что невозможно распознать детали лица, но человек вполне виден.

Ну а в случае выдержки в секунду даже спокойно идущий человек (1 м/с) "размажется", став втрое шире собственного размера, значит, контрастность упадет втрое, да и форма объекта будет трудноузнаваемой.

Во-вторых, быстродействие может характеризовать способность системы регистрировать объекты, быстро пересекающие поле зрения камеры. Основным механизмом в этом случае является низкая частота кадров. Особенно в режиме цифровой компрессии или мультиплексированной записи, когда частота кадров падает до единиц кадров в секунду по сравнению с обычными 50 кадрами (строго говоря, полукадрами, но это в данном случае несущественно).

Человек, бегущий со скоростью 10 м/с, пересекает типичную область наблюдения (3 м) за 0,3 с. Таким образом, при обычной частоте кадров он попадет на 15 кадров. А в случае прореженной записи (или передачи) с частотой 1 кадр/с такой человек с вероятностью 66% вообще не попадет ни на один кадр.

Следует отметить, что во многих случаях оба параметра совпадают - частота кадров составляет 50 в секунду, а выдержка - 1 /50 с.

Таким образом, в части быстродействия представляется полезным указывать ожидающуюся скорость движения наблюдаемого объекта. По умолчанию можно предполагать 10 м/с для задачи обнаружения, 3 м/с - для опознавания в обычной ситуации, 1 м/с - для классификации действий человека, 0,1 м/с - для опознавания человека, сотрудничающего с оператором (желающего получить от оператора разрешение на проход).

Условия испытаний комплексных систем

Этот вопрос самый сложный. На иллюстрации (см. фото) два кадра. На одном запечатлены черные фигуры солнечным днем на белом снегу. Задача обнаружения в этом случае, несомненно, успешно решается. На втором кадре - сумерки, плохое неравномерное освещение, низкий контраст. На кадре зафиксирован человек, его изображение занимает 1/12 кадра, но я его искал почти минуту. А ведь еще бывает дождь и снег, случается, что солнце попадает в объектив, или по крайней мере яркое солнце - на грязное окошко кожуха камеры.

По очевидным соображениям тестирование системы удобнее проводить в хорошую погоду. Тем более что плохая погода плохо воспроизводима, поэтому если сегодня в дождь что-то видно, то завтра может полить такой ливень, что ничего не будет видно.

Что можно предпринять для организации достаточно объективного тестирования, причем полезного для конечного пользователя?

Во-первых, проще всего сделать поправку на плохую погоду, снизив контраст изображения. Если в хорошую погоду будет различаться объект с контрастом 10%, то в достаточно широком диапазоне условий объект с контрастом 100% также можно будет обнаружить. Кроме того, даже при дневных условиях цели редко имеют контраст 100% (черные пальто на белом снегу- редкий счастливый случай).

Во-вторых, как правило, наиболее тяжелыми являются ночные условия наблюдения. Следовательно, испытания систем, которые должны работать ночью, необходимо проводить именно ночью (по крайней мере, часть испытаний на различимость малоконтрастных объектов)

В-третьих, явно имеет смысл оговорить, что в ночных условиях допустимо снижение качественных параметров видеонаблюдения или сокращение зоны наблюдения.

Итак, в техзадании на систему необходимо задавать границы зон наблюдения и требования к качеству видеосигнала раздельно для дневных и ночных условий. Для учета ухудшения видимости в тяжелых погодных условиях следует задавать требования (и контролировать их) для мишеней с контрастом не 100%, а ниже. Например, измерять разрешение не черных штрихов на белом, а 60% серых на фоне 50%-но серого.

Параметры компонентов охранных телевизионных систем

В ходе дискуссии у практиков, создающих системы, при разговоре на эту тему выплеснулось все накопленное по отношению к "бессовестным торговцам".

Действительно, для большинства продаваемых видеокамер даже основные параметры нередко указываются заведомо нереалистичными, если вообще указываются. А для объективов или систем передачи видео, для рекордеров, как правило, вообще не приводятся никакие параметры, позволяющие оценить их влияние на качество изображения. Правда, дело может быть вовсе не в совести продавцов. Сейчас многие изделия выпускаются небольшими компаниями-производителями, у которых физически нет возможности тщательно измерить, например, контрастно-частотную характеристику объектива. А для "горячо любимых" и "горячо ругаемых" цифровых рекордеров просто не существует общепринятых параметров качества.

Участники дискуссии провели экспертный опрос Интернет-сообщества с целью выявления набора параметров и различных компонентов видеосистем, указывать которые наиболее желательно. Ниже я привожу результаты такого опроса, не вдаваясь в детали реализации измерения тех или иных параметров.

Общие параметры

Для всех компонентов обязательно должны быть указаны:

  • соответствие стандартам входов/выходов (например, соответствие объективов стандартным способам подключения автодиафрагмы);
  • геометрические (оптические) параметры стыковки;
  • габаритные размеры и масса;
  • климатические характеристики, вибрационная стойкость;
  • допустимые диапазоны питания, средняя и максимальная потребляемая мощность;
  • параметры электромагнитной совместимости (включая параметры цепей грозозащиты).

Видеокамеры

Приведу список параметров для видеокамер.

  • Разрешение в ТВЛ. Обязательный параметр. Как ни странно, довольно нетривиальный параметр. В особенности участниками дискуссии отмечено, что необходимо указывать, при каких условиях измерено разрешение и какова полученная глубина модуляции выходного сигнала. Кроме того, для цветных камер желательно указывать разрешение для цветных таблиц.
  • Чувствительность. Обязательный параметр. Общеизвестно, что этот параметр имеет много "подводных камней". Понятно, что указывать чувствительность надо подробно - приводя данные о глубине модуляции, отношении сигнал/шум, разрешении, времени выдержки кадра, спектральных характеристиках освещения. Более того, необходимо указывать не одну чувствительность, а несколько - для разных типичных значений сигнал/шум и глубины модуляции, обязательны и значения, получаемые при включенных/выключенных средствах, ухудшающих разрешение или быстродействие.
  • Формат (размер) чувствительного элемента в мм и в пикселях. Вместо указания размеров в мм для стандартных размеров со стандартным отношением сторон допустимо указывать условный размер (например, 1 /3").
  • Спектральные характеристики. В виде графика зависимости чувствительности от длины волны излучения или как минимум в виде указания диапазона, на краях которого чувствительность падает до 25% от максимальной.
  • Количество передаваемых градаций серого. Этот параметр не следует путать с разрядностью АЦП, если он есть в видеокамере. Данный параметр в действительности ограничивается линейностью и размером ячейки самого чувствительного элемента.

Объективы

Для объективов указываются следующие параметры.

  • Фокусное расстояние и максимальный размер чувствительного элемента.
  • Разрешение, в штрихах на миллиметр в фокальной плоскости. Как минимум по центру и на краю кадра, раздельно как минимум для крайних значений диафрагмы и крайних значений фокусных расстояний (если объектив вариофокальный) и с указанием спектрального диапазона излучения, на котором проводились измерения.
  • Светосила и диапазон регулирования диафрагмы. Раздельно как минимум для крайних значений фокусного расстояния.
  • Допустимый спектральный диапазон. С указанием разрешения при освещении в широком спектре.

Видеорекордеры и системы передачи видеосигнала

К этому разделу относятся также IP-видеокамеры в части передачи сигнала. Итак, их параметры:

  • размер кадра в пикселях и разрядность пикселя (для цифровых систем записи или передачи); большинство систем имеют возможность выбора различных режимов с различным размером кадра;
  • количество кадров в секунду, как минимум для одноканального и максимально канального режима; раздельно для различных режимов компрессии и различных размеров кадра;
  • средний размер кадра в килобайтах для различных режимов компрессии и различных размеров кадра;
  • тип кодека (алгоритм компрессии); данный параметр имеет смысл указывать только при использовании стандартных алгоритмов;
  • разрешение в ТВЛ, как минимум по вертикали и горизонтали, как для статического изображения, так и для движущегося перпендикулярно линиям таблицы с указанной скоростью в процентах от высоты кадра в секунду; для аналоговых систем допустимо указывать частотный диапазон по уровню 6 дБ;
  • сигнал/шум; имеется в виду случайный невоспроизводимый шум;
  • нелинейные искажения в дБ, в том числе артефакты компрессии, измеренные по разности входного и выходного сигнала для некоего стандартного движущегося изображения.

Заключение

В целом дискуссия в Интернете показала:

  • возможность комплексных натурных испытаний систем охранного телевидения;
  • насущную необходимость стандартизации методик измерения параметров компонентов этих систем.

Все заинтересованные в данной работе могут отправлять в редакцию свои мнения для автора данной статьи.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #3, 2008
Посещений: 13923


  Автор
Омельянчук А. М.

Омельянчук А. М.

технический директор ЗАО "Компания Безопасность"

Всего статей:  41

В рубрику "Комплексные системы безопасности" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций