خلاصه درس

خلاصه کتاب تجارت الکترونیک و امنیت شبکه پودمان 5
از اول پودمان تا صفحه 198

دوربین های تحت شبکه
در سامانه های حفاظتی و نظارت تصویری، برای اهداف خاصی از جمله کنترل ترافیک، نظارت بر عملکرد کارکنان، جلوگیری از سرقت و مواردی دیگر از دوربین های تحت شبکه و از پروتکل های شبکه برای ارسال اطلاعات استفاده میکنند.
البته برخی از اجزا مانند دکمه Reset، In Alarm،Out Alarm،In Audio و Out Alarm ممکن است در برخی از مدل ها وجود نداشته باشد.

حسگر تصویر
در دوربین ها یک حسگر تصویر وجود دارد که مهم ترین بخش از فرایند تولید تصویر را بر عهده دارد. حسگر تصویر، قطعه ای الکترونیکی است که پرتوهای نور بازتابیده از صحنه مورد نظر را به سیگنال تبدیل میکند. سیگنال هایی که به وسیله حسگر تصویر تولید میشوند، پس از انجام یک مجموعه از پردازش ها به داده های دیجیتال تبدیل میشوند.
این داده ها در واقع اطلاعات دیجیتال شده تصویر صحنۀ مورد نظر هستند. حسگر از میلیون ها قطعه کوچک به نام پیکسل تشکیل شده است. در دوربین های تحت شبکه از فناوری های مختلفی برای ساخت و تولید حسگر استفاده میشود که دو نوع آنها CCD و CMOS هستند.
ابعاد و فناوری ساخت حسگرها در کیفیت تصویر ایجاد شده مؤثر است.

لنز
برای ایجاد تصویر واضح و شفاف، علاوه بر حسگر به قطعۀ دیگری به نام لنز نیاز داریم.
وظیفۀ لنز متمرکز کردن پرتوهای نور بازتابی از صحنه، روی حسگر تصویر است. هر چقدر میزان تمرکز نور بیشتر باشد، تصویر واضحتر می شود.
به تصویری که کامالا واضح بوده و مات نباشد، اصطلاحا فوکوس ( Focus ) گفته میشود. لنزها علاوه بر فوکوس کردن تصویر، محدوده دید را نیز مشخص میکنند.
به وسعت محدوده افقی از صحنه که در تصویر دیده میشود، زاویه دید (Angle of view) میگویند و واحد آن درجه است. با توجه به کاربرد و محل نصب دوربین های تحت شبکه، شرکتهای سازنده دوربین از لنزهای مختلفی استفاده میکنند. لنزها از نظر فاصله کانونی به سه دسته اصلی تقسیم میشوند.
1 ثابت Fixed 
2 متغیر Varifocal 
3 موتوردار Motorized

لنزهای ثابت
در این لنزها فاصله کانونی ثابت است، بنابراین زاویه دید ثابت دارند. واحد اندازه گیری فاصله کانونی میلی متر ( mm )است و معمولا در لنزهای ثابت اندازه آن روی لنز نوشته میشود.
زاویه دید دوربین به اندازه فاصله کانونی لنز و حسگر تصویر بستگی دارد.

لنز های Varifocal 
در این لنزها فاصله کانونی متغیر است، به همین دلیل زاویه دید آنها قابل تغییر است. این لنزها عموما با دو عدد معرفی میشوند که محدوده تغییر فاصله کانونی را نشان میدهند.
برای مثال لنز 60ـ6 که فاصله کانونی آن از 6mm تا 60mm قابل تغییر است. این لنزها زمانی استفاده میشود که در انتخاب محل نصب دوربین محدودیت وجود داشته باشد و ناچار شویم دوربین را دورتر و یا نزدیکتر از مکان مورد نظر نصب کنیم، سپس به صورت دستی فاصله کانونی لنز را تغییر دهیم تا تصویر مورد نظر حاصل شود. این لنزها دارای دو دستگیره هستند که به وسیله یکی از آنها زاویه دید تغییر میکند و به وسیله دیگری تصویر فوکوس میشود.

لنزهای Motorized
این لنزها مشابه لنزهای Varifocal هستند. با این تفاوت که فاصله کانونی آنها به وسیله فرمان از راه دور و به وسیله موتور تغییر میکند. فوکوس تصویر در این نوع لنز به صورت خودکار صورت میگیرد.

انواع دوربین های تحت شبکه از نظر شکل ظاهری
1- دوربین های Dome
معنی واژه Dome گنبد است و به دوربین هایی میگویند که به شکل گنبد هستند. این دوربین ها با اندازه و طرح های متنوع برای نصب زیر سقف طراحی و ساخته شده اند.
در فضاهای تاریک یا مکان هایی که نور کافی وجود ندارد، باید حداقل روشنایی مورد نیاز دوربین فراهم شود. گاهی اوقات امکان روشن کردن لامپ وجود ندارد یا برای صرفه جویی در مصرف برق لامپ ها را خاموش میکنند، به همین دلیل شرکت های سازنده روی برخی از این دوربین ها LED-IR نصب میکنند که به آنها Dome ـ IR گفته میشود. در این دوربین ها به محض تاریک شدن محیط، LED ها روشن شده و نور لازم را تأمین میکنند. هرچقدر تعداد و اندازه LEDها بیشتر باشد، محدوده بیشتری روشن خواهد شد که معمولا در مشخصات دوربین ذکر میشود.

این LEDها نور مادون قرمز تولید میکنند و حسگر تصویر نسبت به این نور حساس است. حساس بودن حسگر به نور مادون قرمز سبب غیرطبیعی شدن رنگ تصویر در نور معمولی میشود.
برای حل این مشکل، از فیلتر امواج مادون قرمز در طول روز استفاده میشود. به این فیلترها CUTـ IR میگویند. فیلتر CUT  ـ IR در طول روز فعال شده، مانع رسیدن نور مادون قرمز به حسگر میشود و به محض تاریک شدن فضا غیرفعال میشود.

2- دوربین های بولت IR (IR Bullet)
این دوربین نیز به شکل های مختلف و معمولا برای نصب روی دیوار یا دکل طراحی شده است.

3- دوربین های box (صنعتی)
نوع دیگری از دوربین ها که بیشتر برای نصب روی دیوار و یا دکل طراحی شده اند، به دوربین های صنعتی مشهور هستند. این دوربین ها بدون IR ـ LED و لنز ساخته میشوند و با توجه به مکان نصب دوربین و صحنۀ مورد نظر، لنز مناسب روی آن نصب میشود.

4- دوربین های گردان (PTZ) یا Speed Dome
گاهی نیاز است دوربین توانایی چرخش در جهات مختلف و امکان بزرگنمایی (zoom) روی موضوعات خاصی را داشته باشد. در این صورت از دوربین هایی استفاده میشود که به آنها PTZ میگویند. میزان بزرگنمایی و سرعت چرخش در مدل های مختلف متفاوت است. مانند 10XZoom که قدرت بزرگنمایی 10 برابر دارد. از ین نوع دوربین ها بیشتر در خارج ساختمان و فضاهای نسبتا بزرگ استفاده میکنند و معمولا روی دکل ها یا دیوارهای بلند نصب میشوند. برخی از این نوع دوربین ها IR   ـ LED دارند. این دوربین ها از طریق بستر شبکه کنترل میشوند.

5- دوربین سوزنی (pinhole)
در مکان هایی که فضای کافی برای نصب دوربین وجود ندارد، از این نوع دوربین استفاده میشود. یکی از موارد استفاده از این دوربین ها در دستگاه های خودپرداز بانک ها است.

6- دوربین های بی سیم
در برخی مکان ها به دلایل مختلف امکان سیم کشی برای نصب دوربین وجود ندارد. در این صورت میتوان از دوربین های تحت شبکه بیسیم استفاده کرد. برای تمام دوربین هایی که ذکر شد نوع بی سیم آن نیز وجود دارد.
برخی از دوربین های تحت شبکه این قابلیت را دارند که در فضای باز نصب شوند و در صورتیکه در معرض باران و یا گردوغبار قرار گیرند، بدون مشکل کار میکنند. دوربین های بولت IR و دوربین های گردان معمولا از این نوع هستند؛ ولی دوربین های باکس چنین ویژگی را ندارند. به همین دلیل اگر لازم شود این نوع دوربین در فضای باز مورد استفاده قرار گیرد، برای محافظت در برابر باران و گردوغبار، باید آنها را داخل روکش های (cover) خاصی قرار دهند.
این روکش ها قابلیت نصب در فضای باز را دارند. علاوه بر این برخی از آنها مجهز به فن خنک کننده برای مناطق گرم و گرما ساز برای مناطق سرد نیز هستند.

تغذیه دوربین
بیشتر دوربین های تحت شبکۀ ثابت به تغذیه 12 ولت مستقیم و دوربین های گردان به تغذیه 220 ولت جریان متناوب نیاز دارند؛ ولی بسیار مهم است که همیشه قبل از متصل کردن منبع تغذیه به دوربین با مراجعه به دفترچه مشخصات فنی دوربین و یا با مشاهده برچسب دوربین، تغذیه مورد نیاز آن را مشخص کنیم. برخی از دوربین های تحت شبکه ویژگی PoE دارند و تغذیه مورد نیاز خود را از سوییچ شبکه تأمین میکنند. در این صورت لازم است سوییچ شبکه هم PoE بوده، ولتاژ PoE سوییچ و دوربین یکسان باشند.

جانمایی دوربین
نصب و راه اندازی دوربین های تحت شبکه دارای مراحل مختلفی است. یکی از مهمترین این مراحل جانمایی دوربین و انتخاب لنز مناسب است. برخی از تولیدکنندگان دوربین های تحت شبکه، به صورت برخط از طریق تارنما یا به وسیلۀ نرم افزاری که میتوان آن را از تارنما بارگیری کرد، جانمایی دوربین و انتخاب لنز مناسب را برای مشتریان خود تسهیل میکنند. علاوه بر آنها نرم افزارهای زیادی در این رابطه وجود دارد که یکی از آنها IP Video System Design Tool​​​​​​​ است.

NVR
در مکان هایـی کـه دوربین نصب میشود، بـرای ضبط تصاویر از یک دستگاه مخصوص بـه نـام NVR (Network Video Recorder) استفاده میکنند که از طریق شبکه به دوربین ها متصل میشود. این دستگاه معمولا دارای درگاه HDMI و VGA است که به صورت مستقیم به صفحه نمایش وصل شده، تصاویر دوربین ها را نمایش میدهد. به همین دلیل هنگام جانمایی دوربین ها و طراحی شبکه مربوط به آنها بهتر است محل نصب NVR نزدیک صفحه نمایش باشد.

مشخصات فنی دوربین های تحت شبکه

وضوح تصویر
هرگاه یک عکس را بزرگنمایی کنیم، جزئیات موجود در تصویر با کیفیت کمتری نشان داده خواهد شد. در مکان هایی که جزئیات اهمیت دارد، باید از دوربین هایی استفاده شود که تصاویری با وضوح بیشتر تولید میکنند. دوربین های تحت شبکه با وضوح تصویر مختلفی از جمله 1/3 ،2 ،3 و... مگاپیکسل وجود دارند که بر اساس نیاز انتخاب میشوند.

Minimum Illumination​​​​​​​
تصاویر حاصل بازتاب نور از صحنه های مورد نظر هستند، بنابراین اگر در فضای مورد نظر نور کافی وجود نداشته باشد و IR ـ LED هم نتواند نور کافی را تأمین کند، تصویر فاقد کیفیت لازم خواهد بود. برای حل این مشکل دو راهکار وجود دارد:
راهکار اول: با استفاده از لامپ، روشنایی مورد نیاز را تأمین کنیم. این کار باعث میشود هزینه برق مصرفی زیاد شده، انرژی زیادی به هدر برود. در بعضی موارد هم تأمین نور به این روش امکانپذیر نیست.
راهکار دوم: از دوربین هایی استفاده کنیم که در نورهای خیلی کم هم میتوانند تصویر خوب تولید کنند. مشخصه Minimum Illumination​​​​​​​ حداقل نوری را مشخص میکند که دوربین برای تولید تصویر با کیفیت خوب نیاز دارد و واحد آن Lux است. هر چقدر مقدار این مشخصه کمتر باشد، برای تصویر قابل قبول به شدت نور کمتری نیاز داریم.

WDR (Wide Dynamic Range)
در مکان هایی که لازم است برای کنترل تردد افراد، دوربین را به سمت در ورودی قرار دهیم، یا ناچار هستیم دوربین را به سمت پنجره قرار دهیم؛ از آنجا که شدت نور پشت پنجره و یا در ورودی خیلی زیادتر از داخل ساختمان است صورت افراد سیاه شده، قابل تشخیص نخواهد بود. برای حل این مشکل باید از دوربین هایی استفاده کنیم که قابلیت WDR داشته باشند.

استاندارد ONVIF​​​​​​​
تولیدکنندگان دوربین، NVR و نرم افزارهای مدیریت تصویر، برای اینکه محصولاتشان بتوانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، باید استاندارد ONVIF را پشتیبانی کنند.

3D DNR
هنگامی که نور محیط کم باشد، نسبت سیگنال به نویز تصویر زیاد میشود که تأثیر خود را به صورت نقاطی در تصویر نشان میدهد. DNR به فناوری گفته میشود که به صورت دیجیتال در هنگام پردازش تصویر، تأثیر نویزها را به حداقل میرساند.
بعضی از دوربین ها این قابلیت را ندارند. برخی 2D DNR دارند و برخی 3D DNR دارند. تاثیر 3D DNR از 2D DNR بیشتر است.

ضبط تصاویر دوربین های تحت شبکه
برای ضبط تصاویر دوربین ها از دو روش استفاده میشود:
روش اول: استفاده از دستگاه NVR
روش دوم: استفاده از یک رایانه با مشخصات سخت افزاری مناسب و نرم افزار مدیریت تصویر
ما روش اول یعنی NVR را مورد بررسی قرار میدهیم. فرض کنید مدیر مدرسه علاوه بر تعداد و نوع دوربین ها از شما خواسته است که NVR مناسبی را هم پیشنهاد کنید. برای این منظور لازم است که با مشخصات مهم برای انتخاب NVR آشنا شوید.

مشخصه های مهم در انتخاب NVR
تعداد کانال: NVR ها معمولا با 4،8،16،24،32 و 64 کانال در بازار موجود هستند. تعداد کانال به معنی حداکثر تعداد دوربینهایی است که NVR میتواند تصاویر آن را نمایش داده و یا ذخیره کند.
وضوح تصویر: وضوح تصویر، در NVRها از سه نظر اهمیت دارد:
View (نمایش): NVR تصویر دوربینها با چه وضوح تصویری را میتواند بهصورت زنده نمایش دهد؟
Record (ضبط): NVR چه تعداد از تصاویر دوربین ها را با چه وضوح تصویر و چند فریم در ثانیه میتواند ضبط کند؟
Playback (پخش): NVR چه تعداد از تصاویر ضبط شده و با چه وضوح تصویری را میتواند بهصورت همزمان بازپخش کند؟​​​​​​​
اینها سؤالاتی هستند که در رابطه با وضوح تصویر NVR مطرح است و پاسخ آنها را باید در دفترچه راهنمای آن جستوجو کرد.

Stream و تعداد فریم در ثانیه:تعداد فریم در ثانیه نشان میدهد که NVR تصویر دوربین ها در وضوح مختلف را با چند فریم در ثانیه ضبط و پخش کرده یا نمایش میدهد.
دوربین، اطلاعات خام مربوط به تصاویر را تولید کرده، در بستر شبکه ارسال میکند. NVR اطلاعات دریافتی را پردازش و دو تصویر با کیفیت متفاوت ایجاد میکند. یک تصویر با کیفیت اصلی که به آن Main Stream و یک تصویر با کیفیت پایینتر که به آن Sub Stream میگویند. NVR تصاویر دوربین ها را با کیفیت Main Stream ذخیره میکند و از طریق درگاه HDMI و یا VGA به صفحه نمایش ارسال میکند. Sub Stream برای تلفن همراه یا شبکه هایی ارسال میشود که محدودیت پهنای باند دارند. بسیاری از دوربین های تحت شبکه نیز امکان ارسال تصویر به صورت Main Stream و Sub Stream را دارند که به آنها Dual Stream میگوبند.

اجزا و مشخصات NVR
برخی از NVRها قابلیت ضبط و پخش صدا را دارند. دوربین هایی که دارای میکروفن داخلی هستند، صدا را همراه با تصویر به وسیلۀ بستر شبکه به NVR ارسال میکنند. علاوه بر آن، برخی از NVRها یک رابط RCA نیز برای اتصال مستقیم میکروفن دارند.