Caracteristici Generale ale Unui Sistem de Monitorizare Video

CUPRINS

INTRODUCERE

CAPITOLUL I

Caracteristici generale ale unui sistem de monitorizare video

Prezentare generala

Sisteme de televiziune cu circuit închis

Camere TVCI

Digital VS Analog

Camere DSP

Factorul de lumina

Răspuns Spectral

Camere ZI/Noapte

Obiective

Obiective cu distanta Focala Fixa

Obiective „Zoom”

Formate

Factorul F

Obiective asferice

Iris

Monitoare

Înregistratoare Digitale

Reflectoare IR

Elemente de structură

Principiile de detecție si tipuri de detectoare

Detectoare pasive

Tipuri de detecție activă

Tipuri de detectoare

1.2.12.3.1. Detectoare de șocuri: principiu de detecție, aplicații, limitări

1.2.12.3.2. Detectoare de geam spart: principiu de detecție, aplicații, limitări

1.2.12.3.3. Detectoare ultrasonice: principiu de detecție, aplicații, limitări

1.2.12.3.4. Detectoare cu microunde: principiu de detecție, aplicații, limitări

1.2.12.3.5. Detectoare duale PIR/microundă: principiu de detecție, aplicații, limitări

1.2.12.3.6. Bariere IR: principiu de detecție, aplicații, limitări

1.3. Arhitectura unui sistem de supraveghere video modern

CAPITOLUL II

Principii de măsurare

Lumină

Considerații generale

Radiația electromagnetica

Efecte fotoelectrice

Mărimi fotometrice. Surse de radiații luminoase

Senzor de lumina CCD

Senzor de lumina CMOS

CAPITOLUL III

Module de achiziție

3.1. Noțiuni introductive

3.2 Placa de achiziție

3.3. Breadboard

3.4. Mediul de programare

3.5. Prelucrarea imaginilor

CAPITOLUL IV

Descrierea aplicației

4.1. Schema logică de funcționare a aplicației

4.1.1. Schema bloc a aplicației

4.2. Servomotoare

4.3. Camera Web

4.4. Mini difuzor

4.5. Senzor de distanță

CONCLUZII

COD SURSĂ

BIBLIOGRAFIE

ANEXE

Introducere

În zilele noastre a devenit tot mai acută nevoia de a supraveghea diferite obiective. Însă această supraveghere este necesar să se facă de la distanță și nu printr-o pază umană la locul obiectivului. Așadar monitorizarea vizuală a activității dintr-o anumită zonă se putea face foarte ușor prin folosirea unor dispozitive de captură de imagini, adică folosirea de camere video sau camere web conectate la un calculator.

Pentru asigurarea unui astfel de serviciu este clară necesitatea unei aplicații multimedia distribuite care să aibă implementate metode eficiente de transfer video, și eventual audio, “real-time”, de la punctele ce monitorizează la cele client ce ascultă și judecă. S-au încercat de-a lungul timpului o serie de soluții în acest sens, unele chiar foarte reușite. S-a ajuns chiar la implementarea hardware a unor soluții specializate pe acest tip de activitate. Desigur și performanțele sunt pe măsură, dar în același timp și costul, o asemenea soluție venind de obicei cu un contract de supraveghere și pază a obiectivului unde urmează sa fie instalat sistemul respective

Într-o oarecare măsură acest gen de aplicații sunt similare cu acelea de video-conferință, diferențe apărând doar în scopul utilizării. Resursele hardware folosite sunt practic aceleași, centrul fiind reprezentat tot de calculator și dispozitivele de capturare a imaginilor. O diferența importantă fiind totuși aceea că la aplicații de supraveghere este aproape inutilă folosirea sunetului, față de situația aplicațiilor de video-conferință în care este absolut necesar ca utilizatorii implicați să poată auzi ceea ce li se transmite

Evoluția continuă în domeniul realizării de dispozitive ce pot fi conectate la calculator, și implicit a dispozitivelor ce pot captura imagini și au facilitatea de “plug and play”, și a îmbunătățirii posibilităților de transfer multimedia au dus la perfectarea posibilității de comunicare între utilizatorii de calculatoare, la înmulțirea posibilităților de divertisment, dar totodată la o îmbunătățire simțitoare a capacităților de a monitoriza și supraveghea activități din diferite planuri.

Supravegherea video s-a dezvoltat rapid in ultimul deceniu, devenind una din aplicațiile cele mai complexe in prelucrarea numerica a imaginilor. De la simpla detecție pasiva a mișcării in cadrul in cadrul supravegheat in aeroporturi, bănci, spatii de parcare sau amenajări cu destinație militara, care implica operatorul uman in interceptarea evenimentelor si luarea deciziilor adecvate, conceptul de supraveghere video automata s-a extins la detecția mișcărilor anormale, urmărirea obiectelor si interpretarea evenimentelor.

Spațiul protejat

Proiectul dezvoltat este conceput pentru monitorizarea unui perimetru, fără multe obstacole de mari dimensiuni aflate in calea senzorilor, pentru ca acești să poate monitoriza eficient perimetrul care trebuie supravegheat.

Practic o arie protejata este definita de suprafața care se afla sub directa observație a sistemului, indiferent de factorii externi(evenimente, persoane, incidente) care interacționează cu spațiu care se dorește a fi protejat.

Proiectul “Studiul si proiectarea unui sistem de monitorizare video cu microcontroller”, tratează ideea de a monitoriza o suprafața si de a depista diferiți factori de infracționalitate si de a înregistra activitatea petrecuta în raza camerei.

In Capitolul I avem prezentatat un scurt istoric si o descriere a ceea ce reprezintă supravegherea video.

In Capitolul II sunt prezentate detalii constructive ale elementelor componente dintr-un sistem de supraveghere video, împreună cu evoluția lor..

In Capitolul III este prezentată placa de achiziție Arduino, precum și mediul de programare.

În Capitolul IV avem prezentă aplicația, cu schemele de funcționare și senzorii folosiți.

În încheierea lucrării avem concluzii despre supravegherea video modernă.

Capitolul I

Caracteristici generale ale uni sistem de supraveghere video

1.1. Prezentare generala

În zilele noastre a devenit tot mai acută nevoia de a supraveghea diferite obiective. Însă această supraveghere este necesar să se facă de la distanță și nu printr-o pază umană la locul obiectivului. Așadar monitorizarea vizuală a activității dintr-o anumită zonă se putea face foarte ușor prin folosirea unor dispozitive de captură de imagini, adică folosirea de camere video sau camere web conectate la un calculator.

Pentru asigurarea unui astfel de serviciu este clară necesitatea unei aplicații multimedia distribuite care să aibă implementate metode eficiente de transfer video, și eventual audio, “real-time”, de la punctele ce monitorizează la cele client ce ascultă și judecă. S-au încercat de-a lungul timpului o serie de soluții în acest sens, unele chiar foarte reușite. S-a ajuns chiar la implementarea hardware a unor soluții specializate pe acest tip de activitate. Desigur și performanțele sunt pe măsură, dar în același timp și costul, o asemenea soluție venind de obicei cu un contract de supraveghere și pază a obiectivului unde urmează sa fie instalat sistemul respective

Într-o oarecare măsură acest gen de aplicații sunt similare cu acelea de video-conferință, diferențe apărând doar în scopul utilizării. Resursele hardware folosite sunt practic aceleași, centrul fiind reprezentat tot de calculator și dispozitivele de capturare a imaginilor. O diferența importantă fiind totuși aceea că la aplicații de supraveghere este aproape inutilă folosirea sunetului, față de situația aplicațiilor de video-conferință în care este absolut necesar ca utilizatorii implicați să poată auzi ceea ce li se transmite

Evoluția continuă în domeniul realizării de dispozitive ce pot fi conectate la calculator, și implicit a dispozitivelor ce pot captura imagini și au facilitatea de “plug and play”, și a îmbunătățirii posibilităților de transfer multimedia au dus la perfectarea posibilității de comunicare între utilizatorii de calculatoare, la înmulțirea posibilităților de divertisment, dar totodată la o îmbunătățire simțitoare a capacităților de a monitoriza și supraveghea activități din diferite planuri.

Supravegherea video s-a dezvoltat rapid in ultimul deceniu, devenind una din aplicațiile cele mai complexe in prelucrarea numerica a imaginilor. De la simpla detecție pasiva a mișcării in cadrul in cadrul supravegheat in aeroporturi, bănci, spatii de parcare sau amenajări cu destinație militara, care implica operatorul uman in interceptarea evenimentelor si luarea deciziilor adecvate, conceptul de supraveghere video automata s-a extins la detecția mișcărilor anormale, urmărirea obiectelor si interpretarea evenimentelor.

Aceste sisteme de securitate completează metodele clasice de siguranța si securitate, funcționând in relație de colaborare cu acestea. Asigura o vizualizare post-eveniment precum înregistrarea , afișarea si transmisia informației video către diferiți benficiari.

Supravegherea video a început cu un circuit de monitorizare simplu închis. Începând cu Statele Unite au apărut articole in presă care sugerau ca poliția folosește camere de supraveghere în locurile publice. În 1969, camerele poliției erau instalate in clădirea municipală din New York lângă primărie. Ideea s-a răspândit rapid în celelalte orașe, cu sistemul de televiziune cu circuit închis urmărit de ofițeri în orice moment.

Pe vremea când au apărut pe piața casetele video, supravegherea video a explodat, astfel cu ajutorul tehnologia analog se putea înregistra pe casete video pentru a putea păstra o dovada a evenimentelor. La începutul anilor `70 a însemnat o explozie in întreaga lume pentru supravegherea video din orice domeniu

In 1975 Anglia a instalat sisteme de supraveghere in patru stații de metrou majore, începând sa monitorizeze traficul si pe șoselele principale. In Statele Unite, monitorizarea video nu sa răspândit așa rapid, dar proprietari de magazine si bănci au înțeles rapid valoarea ei.

In zonele cu grad de infracționalitate mare au început sa fie instalate sisteme de supraveghere in încercarea de a prinde hoții. În industria asiguratorilor s-a dezvoltat rapid supravegherea video din cauza fraudelor muncitorilor, accidentele artificiale si o variate de alte cazuri, acestea întorcându-se in favoarea industrie când putut fi furnizate casete cu presupuși muncitori cu dezabilități care dansau la petreceri.

Pentru cetățeni supravegherea video a început in ani 1970 si 1980 când a fost descoperita partea urată a naturi umane, infidelitatea si neglijenta părinteasca. Detectivi au putut furniza cu ajutorul tehnologiei video analog mai multe dovezi in legătura cu legături sentimentale, părinți iresponsabili, aceste casete devenind o obișnuința in procesele de familie.

Un dezavantaj a fost acela ca mulți intre angajatori si proprietari, din comoditate, nu mai schimbau casetele sau după un anumit timp acestea se deteriorau după luni de refolosire. Un dezavantaj îl reprezenta si problema înregistrări pe timp de noapte când lumina era slaba. Un următor pas a fost acela al camerei CHARGED COUPLED DEVICE(CCD), aceasta folosind tehnologia computer-microchip, permițând supravegherea video pe timp de noapte si la lumina slaba.

Un nou pas in istoria supravegheri video a reprezentat un avantaj in anii 1990 atunci când a apărut Digital Multiplexing, când unitățile digital multiplexer au devenit accesibile si au revoluționat industria supravegheri video, ajutând tot o data înregistrarea video de pe mai multe camere in același timp, salvând o mulțime de casete video irosite.

Popularitatea camerelor video a împins industria sa dezvolte camere mai mici cu o mai buna rezoluție care ar putea fi ascunse oriunde, rezultatul fiind o explozie pentru dezvoltarea industriei, apărând versiuni noi pentru supravegherea video digitala in aproape fiecare luna.

Programatori si-au intensificat munca asupra supravegheri video , apărând programe de recunoaștere faciala , programe care puteau compara diferite chei ale feței pentru recunoașterea infractorilor, criminalilor si teroriști. Deși versiunile de început nu au fost prea reușite, ultimele versiuni aducând un impuls devenind mai rafinate si puteau fi folosite de cei care aplica legea in anumite zone

Revoluția Internetului in supravegherea video a da posibilitatea sa fie insdeo analog mai multe dovezi in legătura cu legături sentimentale, părinți iresponsabili, aceste casete devenind o obișnuința in procesele de familie.

Un dezavantaj a fost acela ca mulți intre angajatori si proprietari, din comoditate, nu mai schimbau casetele sau după un anumit timp acestea se deteriorau după luni de refolosire. Un dezavantaj îl reprezenta si problema înregistrări pe timp de noapte când lumina era slaba. Un următor pas a fost acela al camerei CHARGED COUPLED DEVICE(CCD), aceasta folosind tehnologia computer-microchip, permițând supravegherea video pe timp de noapte si la lumina slaba.

Un nou pas in istoria supravegheri video a reprezentat un avantaj in anii 1990 atunci când a apărut Digital Multiplexing, când unitățile digital multiplexer au devenit accesibile si au revoluționat industria supravegheri video, ajutând tot o data înregistrarea video de pe mai multe camere in același timp, salvând o mulțime de casete video irosite.

Popularitatea camerelor video a împins industria sa dezvolte camere mai mici cu o mai buna rezoluție care ar putea fi ascunse oriunde, rezultatul fiind o explozie pentru dezvoltarea industriei, apărând versiuni noi pentru supravegherea video digitala in aproape fiecare luna.

Programatori si-au intensificat munca asupra supravegheri video , apărând programe de recunoaștere faciala , programe care puteau compara diferite chei ale feței pentru recunoașterea infractorilor, criminalilor si teroriști. Deși versiunile de început nu au fost prea reușite, ultimele versiuni aducând un impuls devenind mai rafinate si puteau fi folosite de cei care aplica legea in anumite zone

Revoluția Internetului in supravegherea video a da posibilitatea sa fie instituita aproape oriunde si urmărite de oriunde din lume. Cu ajutorul sateliților care transmit semnale in jurul lumii, acum poți urmări pe oricine oriunde de pe laptopul tău oriunde te-ai afla.

Transmiterea video este un sistem prin care oricine poate monitoriza pe oricine din lume prin Internet, pentru ca imaginile sunt arhivat pe un server web. Calitatea imaginilor fiind excepționala, compresia mare pentru depozitare si opțiuni ca activare la mișcare si alerta pe mail când este activitate daca se dorește acest lucru.

Ultimul trend in industria supravegherii video o reprezintă dispozitivul care poate trimite fotografii si imagini video la familie prieteni cu o singura apăsare de buton. Ceea ce reclamele de la televizor nu ne spun este ca acele telefoane pot fi folosite foarte ușor pentru supravegherea video, aproape toata lumea are un telefona mobil așa ca fără sa știți un om care sta la colt de strada neremarcat, foarte ușor va poate filma fără sa știți.

Cu Industria video si cu tehnologia digitala este foarte clar ca ne-am mutat într-o era in care putem conduce supravegherea video in a depozita dovezi obținute definitiv. Putem ajunge in jurul lumi sau peste drum cu echipamentul de supraveghere, si încă se fac dezvoltări , după cum noile telefoane o arata.

1.2. Sisteme de televiziune cu circuit închis

1.2.1. Camere TVCI

Alegerea corecta a unor camere de TV pentru un sistem de televiziune cu circuit închis nu este întotdeauna un proces ușor, mai ales pentru cei care nu au suficienta experiența in domeniu. Exista mulți factori de care trebuie ținut cont: specificațiile tehnice, aplicația pentru care sunt utilizate, necesitățile specifice clientului si nu in ultimul rând constrângerile fizice ale zonei de amplasare. De asemenea nu trebuie omis bugetul.

Cu atât de multe oferte pe piața – sunt zeci de tipuri de camere – este chiar o provocare luarea unei decizii, in cunoștința de cauza, pentru a satisface toate cerințele inclusiv cele bugetare. De multe ori este dificil chiar pentru un instalator profesionist sa aleagă optimul in raportul preț calitate. Înțelegerea variabilelor din TVCI nu va face decât sa va ofere posibilitatea unei alegeri corecte.

Elementul cel mai important intr-o camera TVCI este senzorul de imagine CCD (Charge Coupled Device). Acesta convertește lumina focalizata pe el de un obiectiv intr-un semnal electric corespunzător. Semnalul este apoi prelucrat de către partea electronica a camerei TV, transmis către monitor unde este reconvertit in imagine.

Astfel, din punct de vedere al prelucrării semnalului se poate vorbi de doua tipuri de camere TV: analogice si digitale.

De asemenea in circuitele de televiziune cu circuit închis se pot întâlni:

Camere TV monocrom (alb/negru)

Camere TV color

Camere Day/Night (zi/noapte) care asigura imagine color peste zi si monocrom atunci când intensitatea luminii scade sub un anumit nivel

Camere TV IR senzitive care vad atât in lumina naturala cat si in radiație infraroșu

Din punct de vedere al calității imaginii si rezoluției – camerele TV se pot împarți in:

Camere TV monocrom (alb/negru) de medie rezoluție (380-420 Linii TV)

Camere TV monocrom de înalta rezoluție (500 – 600 Linii TV)

Camere TV color de medie rezoluție (330 – 380 Linii TV)

Camere TV color de înalta rezoluție (450 – 480 Linii TV)

Omul își amintește mai bine scenele pe care le vedeau detalii de culoare. Camerele TV color aduc o informație suplimentara valoroasa.

Si totuși, camerele TV color clasice au un oarecare dezavantaj ( care a început sa dispară cu noile tehnologii): sunt mai puțin sensibile. Cu alte cuvinte au nevoie de mai multa lumina decât cele monocrom pentru a produce o imagine utilizabila. In plus, unele camere monocrom pot oferi si posibilitatea vizualizării in radiație infraroșu, opțiune folositoare acolo unde amplasarea surselor suplimentare de iluminat nu este posibila.

Digital VS Analogic

Pana acum 5-6 ani marea majoritate a camerelor TVCI au fost analogice, producând o imagine satisfăcătoare la un preț acceptabil. Introducerea camerelor digitale DSP (digital signal processing) a mărit versatilitatea camerelor de securitate, mărind si calitatea imaginii color.

Elementul principal al unei camere DSP este „chip-set”-ul, un microchip ce înlocuiește circuitele integrate din vechile camere TV. Acest lucru a permis fabricanților de camere TV sa ofere pe piața produse cu caracteristici mai bune si mai prietenoase.

Camere DSP

Camerele DSP se împart in doua categorii :

Camere DSP Standard – care oferă in general o imagine mai buna intr-un spectru de lumina mai larg decât omoloagele lor analogice si la un preț mai bun.

Camere DSP Premium – care din punct de vedere funcțional sunt mai performante, permițând montajul in sisteme mai complexe. Aceste camere includ – inteligent BLC – compensarea automata, inteligenta a contraluminii, detecția video a mișcării, posibilitatea de control si reglaj de la distanta (așa numitele camere cu OSD – on screen display ).

Factorul Lumină

Estimarea cantității de lumina din zona protejata este foarte importanta când se aleg camerele TV.

“Lux”–ul este unitatea internațională de măsura a nivelului de lumina dintr-o zona data. In mediile bine iluminate o camera de medie performanta ar fi suficientă, din acest punct de vedere. Totuși, pentru zonele in care lumina poate scădea sub 1 Lux este nevoie de camere TV mai performante.

Pentru determinarea nivelului de iluminare dintr-un spațiu dat se utilizează luxmetrul. Fora a se folosi un luxmetru se pot lua in considerare următoarele praguri orientative:

Interior

Depozite 20-75 lux

Scări de evacuare 30-75 lux

Coridoare si scări 75-200 lux

Magazine 75-300 lux

Birouri si recepții 300-500 lux

Bănci si birouri 200-1000 lux

Linii de asamblare 300-1000 lux

Exterior

Zi însorita 10000 – 1000 000 lux

Zi noroasa 100 – 10.000 lux

Crepuscul 1 – 10 lux

Luna plina 0.1- 1 lux

Noapte noroasă 0,01 – 0,1 lux

Lumina stelelor 0,001 – 0,01 lux

Lumina stelelor-noros 0.0001 – 0.001 lux

Răspunsul spectral

Camerele nu “vad” la fel in toate tipurile de lumina. Lumina vizibila este cuprinsa intre radiațiile violet, cu lungime de unda de 400 nm, si radiațiile roșii, cu lungime de unda de 700 nm, după cum se poate observa in fig. 1.1.

Senzorii de imagine pot “vedea” in general in afara acestor limite. De aceea, unele camere (obiective) au filtre, tocmai pentru a înlătura efectul neplăcut pe care îl da acesta “performanta” a chipului, total nedorita atunci când ea nu poate fi controlata.

Fig. 1.1 Răspunsul spectral

Camera Zi/Noapte

Camerele Zi/Noapte combina capacitatea mare de identificare oferita de camerele color cu sensibilitatea sporita a camerelor monocrom (capacitatea acestora de a “vedea” la nivele de iluminare scăzute (inclusiv in infraroșu)).

Aceste camere TV s-au inventat tot din criterii economice. Camerele TV color deși sunt superioare din punct de vedere al ofertei de informații au un defect: necesita multa lumina pentru a produce un semnal utilizabil. Cu toate îmbunătățirile tehnice, deocamdată camerele color nu pot atinge performantele de sensibilitate ale camerelor monocrom. Astfel, in special in supravegherea de exterior, utilizatorii erau siliți sa plătească o suma relativ mare deoarece dublau camerele color utilizate pe timpul zilei cu camere TV monocrom, utilizate pentru supravegherea de noapte – in lumina vizibila sau infraroșu. Acest neajuns s-a eliminat prin apariția camerelor hibrid zi/noapte.

Comutarea din camera color in camera monocrom se face automat sub un anumit prag al nivelului de iluminare – (in fapt semnalul) de către circuitul AGC (Automatic Gain Control). Unele camere oferă aceasta posibilitate, dar doar manual. Există insa si neajunsuri. Reglajele de back-focus sunt mai delicate la aceste tipuri de camere deoarece aici conteză si lumina in IR.

Cele mai multe camere Zi/Noapte lucrează cu un sigur chip CCD. Datorita diferitelor tipuri de materiale care reflecta diferit lumina IR (materialele naturale absorb o cantitate mai mare de radiație IR ) pot apărea unele culori distorsionate. De aceea, trebuie acordata o mai mare atenție poziționării corespunzătoare camerelor TV day/night. Daca nu este utilizata lumina IR este bine sa se monteze filtre “taie IR” pentru a evita astfel de probleme.

Obiective

Obiectivele au o serie de caracteristici care trebuie luate in considerare atunci când se face alegerea pentru o sarcina specifica.

Obiective cu distanta focala fixa

Obiectivele cu distanta focala fixa reprezintă cel mai simplu tip de obiectiv. Lungimea focala fixa presupune un calcul precis care sa armonizeze obiectivul cu poziția ulterioara a camerei TV in teren.

Astfel, alegerea unui obiectiv este strâns legata de unghiul de vedere dorit. Daca de exemplu se dorește observarea unei arii foarte largi, inutil de larga atunci ținta va fi mult prea mica sau mult prea depărtată pentru o identificare corespunzătoare. De asemenea, unghiul sub este privita ținta este foarte important. Daca se montează camera prea sus in raport cu ținta aceasta din urma se va părea prea scurta, s.a.m.d.

Unghi normal : este echivalentul unghiului sub care ochiul uman privește in mod natural.

Acesta este de aproximativ 30 o – si are o echivalenta in diagonala senzorului de imagine chip-ul CCD .Acest unghi este strâns legat de lungimea focala a obiectivului. Astfel la o camera de 1/3 putem obține un unghi echivalent cu privirea naturala alegând un obiectiv cu lungime focala de . Cu obiective mai mici de (2,8; 3.5; 4; 6) se vor obține unghiuri mai mari decât cele naturale, iar cu obiective mai lungi (12; 12,5; 16; 25 etc.) se vor obține unghiuri din ce in ce mai mici.

Fig. 12. Criterii de amplasare a camerelor video in TVCI

In concluzie, cu cat distanta focala este mai mica cu atât unghiul de vedere este mai mare si invers. Acest lucru este prezentat in fig. 12.

Obiective Varifocal

Obiectivele varifocal oferă o flexibilitate mare , mai ales când nu se cunoaște cu exactitate unde va fi amplasata camera TV. Acest tip de obiectiv permite ajustarea manuala, in teren, a distanței focale si prin urmare a câmpului vizual( unghiul sub care se vede este reglabil).

Obiective „Zoom”

Aceste obiective permit ajustarea lungimii focale de la distanta,automat, in funcție de necesitățile de moment. De exemplu, cu ajutorul unui astfel de obiectiv se poate vizualiza, temporar, un spațiu mai larg pana in momentul apariției in cadru a unui intrus. Atunci, când obiectivul se poate focaliza pe intrus(zoom), apropiind imaginea si obținând o serie de detalii pentru identificare acestuia.

În general obiectivele zoom au incorporat si un mecanism de auto iris pentru a adapta imaginea la variațiile de lumina ce pot apărea prin apropierea sau depărtarea de ținta. Întotdeauna zoom-ul se face liniar, prin urmare, atunci când o camera este prevăzuta cu obiective cu zoom, automat trebuie prevăzut si mecanismul de poziționare al camerei pe ținta, care nu se afla pe linia de focalizare , sa iasă din cadru.

Formatele

Obiectivele sunt de asemenea clasificate si după mărimea formatului (la fel ca si camerele).

Pe măsura ce tehnologia camerelor TV a avansat, senzorii de imagine s-au redus ca mărime, fiind necesara si adaptarea obiectivelor pentru a produce imagini mai mici in punctul focal. Acest lucru a condus la obiective mai mici cu toate ca cerințele de precizie a fabricării nu permit o reducere proporționala a prețului.

Formatele standard ale obiectivelor ( , ½”, 1/3” si acum si ¼”) deriva din raportul dintre diametrul lentilei si distanta pana la senzor.

Utilizarea unor obiective mai mici la camere TV de mărime mai mare conduce la o imagine trunchiata. Daca, in schimb, se montează obiective mai mari la o camera de un format mai mic se poate obține o adâncime mai mare de câmp ( profunzimea câmpului in care obiectele se vad clar. ). De asemenea, utilizarea obiectivelor mărite are ca rezultat o mai buna focalizare si mai puține distorsiuni de colt

Factorul F

Numărul F este o indicație a cantității de lumina care trece prin obiectiv. Cu cat numărul F este mai mare cu atât mai putina lumina va trece prin obiectiv si va ajunge pe senzorul de imagine (numărul F stop este direct proporțional cu suprafața diafragmei care acoperă lentile obiectivului).

Numărul F stop este calculat prin divizarea lungimii focale la diametrul efectiv al lentilei. Când se reglează diafragma in sensul măriri acesteia cu o unitate F-stop – 1 F-stop – practic este înjumătățită cantitatea de lumina care trece prin obiectiv.

Obiective Asferice

Obiectivele sunt fabricate in mod tradițional ca un arc de sfera, ceea ce are ca efect apariția unor distorsiuni ale imaginii la marginea lentilei, reducând, de asemenea si capacitatea acesteia de a capta lumina.

O inovație recenta in fabricarea obiectivelor, tehnologia asferica, face ca marginile lentilelor sa fie mai puțin curbe, producând pe o arie mai mare o imagine mai clara si permițând in același timp transferul unei cantități mai mari de lumina. De aceea obiectivele asferice au distorsiuni optice reduse si permit camerelor TV sa opereze in medii mai întunecate.

Iris

Pentru a obține o imagine optima, lumina care cada pe senzorul de imagine nu trebuie sa fie nici prea multa nici prea putina. Aceasta se poate ajustata prin intermediul “Iris”-ului, in cazul in care obiectivul este prevăzut cu un mecanism de reglare a diafragmei (irisului).

Un obiectiv cu iris fix – cum sunt multe obiective in special pentru “board camera” – nu oferă posibilitatea de a adapta iris-ul diferitelor grade de iluminare si, prin urmare, camerele care folosesc astfel de obiective nu sunt recomandate pentru locurile unde se cer detalii in supraveghere. Un iris manual poate fi ajustat la momentul instalării camerei TV pentru a obține o imagine optima la un nivel constant de iluminare. Aceste obiective sunt destinate in general aplicațiilor de interior unde nivelul de iluminare rămâne constant.

Totuși, intr-o anumita măsură atât obiectivele cu iris fix cat si cele cu iris manual pot fi utilizate chiar si in condiții de variații ușoare a luminii, daca se folosesc camere TV ce au “iris electronic” incorporat. Iris-ul electronic este o facilitate interna a camerei si controlează – electronic – expunerea senzorului de imagine, compensând lipsa de control asupra iris-ului mecanic al obiectivului. Acest procedeu este economic, dar nu oferă, totuși, adâncimea de câmp si calitatea imaginii obținuta prin metoda de control a irisului obiectivului.

Pentru condiții de exterior, unde nivelul de iluminare variază puternic de-a lungul zilei, iris-ul automat oferă cea mai buna performanta, deoarece diafragma (irisul) se ajustează funcție de nivelul luminii, optimizând automat cantitatea de lumina care cade pe senzor. Acest lucru se face prin monitorizarea continua a semnalului de ieșire a camerei TV. Cu cat acest semnal este mai slab cu atât irisul se va deschide mai mult lăsând mai multa lumina sa treacă si invers.

Inițial, obiectivele cu iris automat conțineau toata partea de comanda a servo-motorului care modifica diafragma. Aceasta parte de comanda analiza semnalul de imagine provenit din camera si îl transforma in comenzi corespunzătoare pentru servo-motorul obiectivului. Aceste obiective se numesc obiective autoiris Video Drive ( si sunt mai scumpe).

Pe măsura ce circuitele de analiza a semnalelor TV si de comanda au fost incorporate pe scara din ce in ce mai larga direct in camerele TV, au apărut din ce in ce mai mult obiective mai mici si mai ieftine – numite Direct Drive. Aceste obiective controlează diferit iris-ul printr-un procedeu numit – galvanic drive

Monitoare

Exista o multitudine de monitoare diferențiate prin mărime, design, rezoluție si alte caracteristici cu consecințe directe in preț. Monitorul TVCI, conceput ca un aparat profesional, este gândit si realizat pentru o utilizare de 24 de ore pe zi la o medie cam de 5 ani. Acest lucru înseamnă 43800 ore. Un monitor profesional are cel puțin 500 de linii TV. Monitorul lucrează cu semnal video compozit (400Hz-7,8 MHz cu amplitudine de 1Vvv ).

Un sistem performant de TVCI va avea un singur monitor TV care sa fie văzut tot timpul de către operator. De obicei numărul maxim de monitoare pe care le urmărește un operator nu trebuie sa fie mai mare de 4, pentru o buna eficienta. Un bun aranjament de monitoare va avea un singur monitor master mai mare (uzual de 15-17 “ diagonala) si alte 4 monitoare secundare mai mici.

Distanta dintre monitor si operator este foarte importanta. Ea poate face diferența intre un sistem eficient si unul inutil. Trebuie corelata întotdeauna diagonala monitorului cu distanta de amplasare a acestuia fata de operator. O formula simpla de calculare a distantei este:

diagonala monitorului – 5 = distanta de amplasare +/- 25 %

Pentru sistemele de supraveghere urmărite permanent sunt recomandate monitoare de înalta rezoluție. In plus, este recomandabila utilizarea monitoarelor cu tub trinitron – datorita construcției sunt mult mai puțin obositoare si au o claritate mai buna a imaginii.

Înregistratoare digitale(Digital Video Recorder -DVR)

In principiu înregistratoarele digitale sunt niște multiplexoare ce au incorporat un hard-disk, ca la un PC.

Multiplexoarele permit înregistrarea simultana pe aceeași banda a mai multor camere TV (tipic 4, 8, 16 canale). Mai mult, toate aceste camere pot fi vizualizate simultan pe același monitor.

Aceste aparate au înlăturat in mare măsură neajunsurile unui VCR (Video Camera Recorder ). Imaginile sunt de înalta calitate ( in acest caz ne mai putând fi vorba de zgomot si nici degradarea imaginilor.) In plus, accesul la informație se face la fel de rapid asemănător accesării unui fișier de PC. Alt avantaj este gestionarea informației care se face mult mai ușor. Pe de alta parte este lupta fabricanților de hard-discuri pentru a produce discuri din ce in ce mai mari si mai rapide la preturi din ce in ce mai scăzute.

Video înregistratoarele digitale sunt de fapt niște multiplexoare cu hard-disk incorporat. Asta înseamnă ca la aceste mașini se vor regăsi cam toate caracteristicile multiplexoarelor: detecție activitate, gestionarea alarmelor etc. In plus, datorita noului concept de integrare, noile mașini vin cu posibilitatea de cuplare in rețelele de calculatoare sau informației se face pe protocoale standard, admise azi de lumea informaticii: TCP/IP.

Cuplarea in rețeaua Ethernet revoluționează practica securității; imaginile pot fi accesate chiar din biroul directorului de securitate, de pe propriul PC, fără a mai fi nevoie de acea investiție costisitoare in noi monitoare. In plus, din informația cercetata se pot extrage imaginile esențiale – atât mici secvențe de “film” cat si poze care se pot atașa de un e-mail si transmite forțelor de ordine. Costurile de cablare se reduc considerabil.

Reflectoare IR

Reflectoarele IR permit in esența camerelor TV – monocrom sa „vadă” în întuneric. Radiațiile în infraroșu sunt in afara spectrului vizibil (400-700 nm), prin urmare dificil de sesizat de către ochi. Din punct de vedere constructiv sunt reflectoare care emit radiație infraroșie cu lungimi de unda de 715 nm pana in 830 nm – lumina care totuși poate fi sesizata ca un “glob roșu” si cele total “invizibile” de la 830nm mai sus. Acestea din urma au o acoperire mai mica, dar sunt cu adevărat invizibile si prin urmare mai greu de sesizat.

Factori importanți in alegerea unui reflector IR:

Puterea (exprimata in W) O lampa pe IR produce de 3 ori mai multa lumina utilizabila decât o lampa ce emite in spectrul vizibil. Prin urmare daca o lampa de 25 W va fi suficienta pentru iluminarea corespunzătoare a unei camere, vom avea nevoie de numai 7 W pentru o lampa in infraroșu ca sa vedem in aceeași camera.

Gradul de împrăștiere a luminii Trebuie ținut cont de faptul ca radiația in inflaroșu se reflecta diferit de radiația vizibila. Aceasta radiație poate fi periculoasa pentru ochiul uman care nevăzând-o nu se poate apăra închizând iris-ul. Mai ales la lămpile mari de 500 W.

1.2.11. Elementele de structura

Un sistem de alarma este format din:

centrala de alarma: gestionează informațiile de la senzori si procesează aceste informații in funcție de starea sistemului. Rolul principal al oricărei centrale este de a semnaliza (optic, acustic si/sau la distanta) detectarea unei intruziuni in spațiul protejat.

perifericele: tastaturi, module expandare, etc.: au rolul de extindere a numărului de intrări si comanda sistemului (activare/dezactivare, oprire alarme, citire jurnal de evenimente, etc.)

dispozitivele de avertizare: sirene, flash-uri (optice si acustice)

dispozitivele de comunicare la distanta: comunicatoare telefonice cu mesaj vocal sau digital, interfețe seriale sau TCP/IP.

Conceptul de zona. Din punct de vedere electric, zona reprezintă o intrare a centralei de alarma. Din punct de vedere sistemic, zona reprezintă un spațiu bine delimitat care este protejat împotriva efracției.

1.2.12. Principiile de detecție si tipuri de detectoare

Detectoare pasive

Detecția in infraroșu: se bazează pe efectul fotoelectric. Un corp cu diferența de temperatura fata de mediu, in mișcare, generează un flux variabil in spectrul infraroșu care este detectat de senzor, acesta generând o alarma. Acest principiu de detecție este cel mai des utilizat datorita costurilor scăzute ale detectoarelor si eficientei deosebite a detecției.

Detecția de vibrații: (senzor piezo-electric, bobina cu miez variabil, senzor inerțial (contact cu greutate). Exista modalități diferite de detectare a unei tentative de efracție in cazul in care se protejează pereți, suprafețe vitrate etc. La o încercare de perforare a unui perete se generează unde mecanice de joasa frecventa de o anumita intensitate. Acestea pot fi detectate de câteva tipuri de senzori cum ar fi: senzorul piezo (care transforma vibrațiile in semnal electric), o bobina cu miez magnetic variabil (utilizat foarte des in sistemele de alarma auto) sau un senzor inerțial, acesta din urma fiind cel mai puțin sensibil.

Detecția de spectru acustic: tentativa de efracție prin spargerea unui geam generează un semnal sonor cu un spectru specific in domeniul frecventelor înalte.

Detecția de presiune: – folosita pentru protejarea unor obiecte sau pentru prevenirea accesului unei persoane in spațiul protejat.

Tipuri de detecție activă

a. detecția cu ultrasunete pe baza efectului Doppler : folosita pentru senzorii activi cu ultrasunete

b. detecția pe baza efectului Doppler utilizând radiația electromagnetica in spectrul microundelor.

c. bariere IR– absorbția semnalului de la emițător funcție de distanta si condiții de mediu.

Tipuri de detectoare

Contactul magnetic (releul Reed): principiu de detecție, aplicații, limitări

Contactele magnetice sunt comutatoare NC/NO(Normal Închis/Normal Deschis) care detectează mișcarea unui magnet amplasat pe un corp ce trebuie protejat (fereastra, ușa).

Contactele magnetice sunt compuse din doua părți: un releu amplasat pe partea interioara, fixa a ferestrei/ușii si un magnet amplasat pe partea mobila. Când ușa este închisă, contactul este in starea NC, el trecând in starea NO prin deschiderea ușii.

Aceste tipuri de detectoare sunt utilizate pe uși, ferestre, containere, etc. pentru a detecta deschiderea acestora. Nu oferă un grad de securitate ridicat (se poate intra prin spargerea geamului de ex.), de aceea se recomanda a fi utilizate in conjuncție cu alte tipuri de detectoare (ex. PIR, detectoare de geam spart, etc.).

Poate genera alarme false in cazul in care ușa sau fereastra nu se închid corect si poate fi sabotat prin utilizarea unui magnet mai puternic.

Detectoare PIR: principiu de detecție, aplicații, limitări

Detectorul PIR este un detector volumetric, in sensul ca supraveghează un anumit volum al unei încăperi. Principiul de detecție este:ca un corp cu diferența de temperatura fata de mediu, in mișcare, generează un flux variabil in spectrul infraroșu care este detectat de către senzor, acesta generând o alarma.

Constructiv, dispozitivul are o masca frontala cu lentile Fresnell, prin care senzorul analizează in funcție de numărul de lentile (12-15 sau chiar mai multe in funcție de complexitatea senzorului) fluxurile infraroșiii din încăpere. In momentul in care un corp cald tranzitează un astfel de spot, piroelementul generează un impuls electric care este analizat si procesat de partea electronica a senzorului. In funcție de dispunerea spoturilor se întâlnesc senzori cortina, senzori cu spot lung sau senzori volumetrici obișnuiți.

Acest tip de senzori are o foarte larga gama de aplicații fiind practic cei mai utilizați detectori in sistemele de securitate antiefractie. Detectoarele obișnuite se instalează in general la 2 – de la podeaua încăperii si au un unghi de detecție de 90 – 1050 (fig. 1.3, fig11.5). Se instalează de regula in colturile încăperii pentru a asigura o protecție completa.

In cazul in care spațiul protejat prezintă anumite particularități se pot utiliza celelalte tipuri de lentile prezentate;de exemplu: in cazul unui coridor lung (până la 30 – 35m) se poate utiliza un senzor cu spot lung iar in cazul in care intenționăm sa protejam o suprafața vitrata mare la efracție din exterior putem utiliza senzori cortina(fig. 1.4).

Limitările acestor tipuri de detectoare deriva din principiul de detecție: nu pot detecta un corp cu temperatura apropiate de mediu (diferențe de max. 2-) si sunt susceptibile la alarme false generate de curenți de aer (atât calzi cat si reci). De asemenea, senzorii pot fi ușor obturați de către uși sau ferestre deschise (sticla obișnuită este opaca la radiația IR).

Fig. 13. Caracteristica PIR

Fig. 1.4. Caracteristici de acoperire a ariei in funcție de plasament

Fig. 1.5. Caracteristica de detecție a unui senzor PIR

Detectoare de șocuri: principiu de detecție, aplicații, limitări

Detectoarele de șocuri sunt destinate in general unor aplicații speciale, cum ar fi protecția pereților tezaurelor dar si a unor suprafețe vitrate. Detectoarele de șocuri conțin un traducător care transforma semnale de tip acustic in semnale electrice. In general, aceste detectoare conțin un traducător piezo dar exista si alte tipuri de traducătoare. Raza de detecție este variabila, funcție de natura materialului din care este construit peretele protejat. Majoritatea producătorilor asigura o raza de acoperire de aproximativ 5m pentru pereți de beton. Aceste detectoare sunt sensibile la alarme false cum ar fi ciocănituri in pereți sau zgomote de reparații din restul clădirii, ceea ce face ca utilitatea lor sa fie extrem de redusa si specifica.

Detectoare de geam spart: principiu de detecție, aplicații, limitări.

Detectoarele de geam spart funcționează pe principiul analizei sunetului produs de spargerea unei suprafețe vitrate. Acest sunet are in componenta sa armonici superioare la o anumita intensitate sonora ceea ce face ca sunetul sa poată fi distins de alte zgomote din mediu.

Acest tip de senzori este mult mai indicat pentru protejarea suprafețelor vitrate decât senzorii de vibrații întrucât nu sunt sensibili la zgomotele exterioare (de regula de joasa frecventa). Senzorul se montează la o distanta de până la 5m de suprafața vitrata si are a acoperire de aproximativ (fig.1.6).

Principala limitare consta in faptul ca un geam poate fi tăiat fără a genera zgomotul specific de spargere. Se recomanda ca atât detectoarele de șocuri cit si detectoarele de geam spart sa fie utilizate in conjuncție cu elemente de detecție volumetrica.

Fig. 1.6. Instalare tipica a unui detector de geam spart

Detectoare ultrasonice: principiu de detecție, aplicații, limitări

Detectorul activ ultrasonic este un senzor de mișcare care emite ultrasunete in spațiul protejat si reacționează la schimbarea energiei reflectate. Principiul de detecție are la baza efectul Doppler; un corp in mișcare produce o deviație de frecventa detectata de senzor.

Aplicații: senzorii ultrasonici se montează pe tavan sau pereți si pot fi utilizați in conjuncție cu alte tipuri de detectoare pasive (ex. PIR) pentru creșterea probabilității de detecție (fig.1.7). Detectoarele ultrasonice nu sunt afectate de temperatura. De asemenea, undele ultrasonice nu depășesc limitele spatului protejat deci nu detectează mișcări din exterior.

Limitări: undele ultrasonice sunt mascate de obiectele care exista in spațiul protejat (rafturi, etc.) ceea ce creează zone “mascate”. Din aceasta cauza, amplasarea senzorului trebuie făcuta in urma unei analize atente a spațiului protejat. De asemenea, trebuiesc evitate schimbări puternice de temperatura sau umiditate care determina scăderea performantelor electrice ale circuitelor. Senzorul este sensibil la factori de mediu care generează alarme false cum ar fi: curenți de aer generați de instalațiile de încălzire sau condiționare a aerului, sunete create de țevi, soneria telefonului, etc.

De asemenea, capacitatea de detecție a mișcărilor orizontale lente este redusa, ceea ce presupune o calibrare atenta a acestuia. Un infractor bine echipat poate analiza zonele de acoperire a detectorului si le poate evita.

Fig. 1.7. Detectorul activ ultrasonic

Detectoare cu microunde: principiu de detecție, aplicații, limitări

Detectoarele cu microunde sunt senzori activi care generează un câmp electromagnetic in spațiul protejat. Orice mișcare a unui corp care reflecta radiația electromagnetica este sesizata si generează alarma. Principiul de detecție este tot efectul Doppler ca si in cazul detectoarelor active ultrasonice. Senzorii transmit semnale in banda X generate de o dioda Gunn care nu are efecte nocive asupra oamenilor sau echipamentelor sensibile (pacemakere, etc.). Puterea semnalului este de asemenea extrem de redusa, semnalul având o bătaie de maximum 100m in linie dreapta (fig.1.8). Deviația de frecventa măsurată prin efect Doppler este de cuprinsa intra 20 si 120Hz. Aceasta gama este corelata cu mișcarea unui corp uman; orice alte frecvente fiind excluse.

Emițătorul si receptorul sunt amplasate in aceeași carcasa. Aria de acoperire este reglabila in funcție de sensibilitatea receptorului (fig.1.9). Acest reglaj este deosebit de important întrucât microundele trec de regula prin pereți, chiar si cei din beton armat.

Detectoarele cu microunde se pot utiliza atât la interior cit si la exterior, nefiind sensibile la variații termice sau curenții de aer. Sunt detectoare sensibile, greu sau imposibil de mascat dar au ca problema principala imposibilitatea delimitării spațiului protejat.

In condițiile in care exista surse electromagnetice de frecvente apropiate (banda X) apar limitări de utilizare. Zonele iluminate cu tuburi fluorescente pot genera alarme false; ciclul de ionizare creat de astfel de lămpi putând fi interpretat de detector ca o alarma falsa. Senzorul poate fi mascat cu obiecte metalice mari, care reflecta radiația electromagnetica in spectrul menționat.

Fig. 1.8. Caracteristici de directivitate a detectoarelor cu microunde

Fig. 1.9. Caracteristica de acoperire a senzorilor cu microunde

Detectoare duale PIR / microunda: principiu de detecție, aplicații, limitări

Aceste tipuri de detectoare combina doua tehnologii de detecție pentru a îmbunătăți fie sensibilitatea senzorului, fie a reduce pe cat posibil alarmele false in funcție de logica sau/si utilizata pentru analiza.

Prin utilizarea logicii sau se obține un senzor greu mascabil dar sensibil la toate tipurile de alarme false menționate la cele doua tipuri de detectoare. Prin utilizarea logicii se obține un detector mai puțin sensibil, a cărui arie de detecție este delimitata de granițele naturale existente (pereți, geamuri), insensibil la curenți de aer ceea ce determina o rata foarte redusa a alarmelor false.

Bariere IR: principiu de detecție, aplicații, limitări.

Senzorii IR activi de interior generează o cortina de energie IR modulata si reacționează la o schimbare a modulației de frecventa sau întrerupere a energiei IR recepționate. Aceste fenomene se petrec in condițiile in care o persoana violează zona protejata.

Barierele IR de interior sunt formate dintr-un emițător de IR si un receptor amplasate in aceeași carcasa sau in carcase diferite. In cazul in care sunt amplasate in aceeași carcasa, un set de oglinzi reflectoare sunt utilizate pentru delimitarea spațiului protejat (fig.1.10).

Aplicații: acest sistem este extrem de eficient in detectarea efracțiilor. Viteza si direcția de deplasare nu sunt importante iar detectorul nu este sensibil la factorii de mediu (curenți de aer, temperatura).

Principala problema consta a acestor bariere consta in acoperirea lentilelor cu praf, ceea ce creează si posibilitatea generării unei alarme false.

Fig.1.10. Bariera infraroșu de interior

1.3. Arhitectura unui sistem de supraveghere video modern

Sistemele moderne de supraveghere video implică tehnici de analiză în timp real a imaginilor pentru o transmisie eficientă a acestora, tehnici de analiză a imaginilor color, tehnici de focalizare a atenției bazată pe evenimente și tehnici de înțelegere a secvențelor bazată pe modele.

Sistemul de supraveghere video prelucrează informațiile furnizate de o rețea de senzori mobili sau ficși, care funcționează continuu.

Principalele componente ale unu sistem de supraveghere video sunt echipamentele de înregistrare(DVR), si camerele video. Pare relativ simplu de proiectat un astfel de sistem insa nu e este chiar așa deoarece aceste doua componente sunt de foarte multe tipuri, sistemul se mai compune si din convertoare, lentile, iluminatoare IR, surse de tensiune, etc. As vrea sa includem si cele mai folosite echipamente in sistemele de supraveghere video.

1.DVR-uri standalone sau tip PC – echipamentele ce procesează,stochează si controlează in mare parte un sistem de supraveghere video, acestea sunt de doua tipuri standalone si de tip PC. DVR-urile standalone sunt echipamentele dedicate doar acestui tip de activitate, iar DVR-urile tip PC sunt PC-uri echipate cu o placa de achiziție a camerelor video. La acestea din urma procesarea imaginilor se face de către un software instalat si furnizat de producător

a. DVR standalone – fiind dedicat sa facă doar controlul camerelor conectate, in schimb un DVD de tip PC poate fi infestat cu viruși, pot fi instalate programe care ocupa din resursele PC-ului, iar in cazul in care sunt operate de angajați de multe ori sunt folosite si pentru alte activități. DVR-urile standalone nu necesita sistem de operare deoarece sunt echipate cu sistem propriu de operare, sunt mai stabile decât un DVR de tip PC, acestea din urma fiind predispuse la blocaje ca oricare alt PC.

b. DVR tip PC – este ușor de folosit deoarece majoritatea persoanelor au deja un calculator si o sa li se para ușor sa utilizeze acest tip de DVR, având interfața de asemănătore cu restul programelor din Windows. Este mai flexibil deoarece poate fi îmbunătățit cu memorie, medii de stocare, placi de achiziție,etc. pe când un DVR standalone are un număr fix de hard disk-uri, intrări sau extensii posibile

2. Monitoare – sunt folosite pentru a afișa imaginile prelucrate de la camerele video se aleg in funcție de tipul de ieșire a înregistratoarelor, se pot folosi monitoare PC, televizoare sau mai nou orice device care are intrare HDMI daca DVR-ul este compatibil.

3. Camere video – sunt cele mai importante in sistemele de supraveghere video fiind responsabile cu prelucrarea imaginilor prin intermediul obiectivului, transformarea acestora intr-un semnal electric,analogic sau digital(IP) in funcție de camera si transmiterea către DVR-uri. Camerele sunt de mai multe feluri:

PTZ – acestea pot fi controlate de la distanta pe verticala,orizontala si zoom

Clasice de interior – se folosesc în interior sau exterior folosind o carcasa termostatată si impermeabilă

Compacte cu IR – acestea sunt dotate cu iluminator inflarosu pentru vederea pe timp de noapte.

Dome – daca doriți o camera montata pe tavan aceasta este cea mai potrivita

Discrete – sunt ascunse in ceasuri, bibliorafturi,etc. si sunt destinate supravegheri de tip „spion”

Tip glonț – sunt discrete și se folosesc in locații unde designul este foarte important sau in spații de instalare foarte înguste.

4. Lentilele – se folosesc pentru a concentra sau diverge lumina si a forma imagini ale obiectelor. Se alege in funcție de mai mulți factori: distanta pana la obiect, unghiul vizual,autofocus,filtru IR,etc. si neapărat de compatibilitatea cu camera video

5. Iluminatoarele IR – permit vizibilitatea pe timpul nopți, se folosesc iluminatoarele inflarosu , acestea emit lumina in spetru IR,invizibila ochiului uman, care o camera video dotata cu filtru IR o captează, efectul fiind redarea imaginilor alb/roșu

6. Carcasele – folosite pentru protecția camerelor asigurând totodată si o temperatura constanta si protecție împotriva umidități

7. Convertoare si multiplexoare – la camerele analogice pentru a mari distanta de transmisie de la camerele video se folosesc convertoare de la cablul coaxial la cablu UTP. Folosind aceste convertoare putem mari distanta pana la in cazul convertoarelor pasive si la distante de ordinul kilometrilor in cazul celor active, existând si convertoare pentru fibra optica si cablu UTP pentru transmiterea mai multor canale video simultan pe distante foarte mari.

8. Surse de tensiune – ca si la alte sisteme antiefractie este necesar sa echipam sursele de tensiune cu acumulatori pentru a menține in funcțiune sistemul in cazul căderilor de tensiune de la rețeaua publica, de asemenea este important să dimensionăm sursele de tensiune astfel încât intensitatea curentului electric generat sa depășească cel puțin cu 30% necesarul echipamentelor.

Capitolul II

Principii de măsurare

Lumină

Lumina este un stimul care acționând asupra retinei din ochi produce la omul sănătos senzația vizuală. Din punct de vedere fizic, lumina este o radiație electromagnetică; pentru a fi percepută de om ea trebuie să aibă anumite caracteristici: frecvența trebuie cuprinsă între limitele sensibilității vizuale ale receptorilor fotosensibili din retină, iar intensitatea trebuie să depășească pragul de sensibilitate al acestora. În sens larg se poate folosi termenul de „lumină” și pentru radiații electromagnetice invizibile pentru om, ca de exemplu lumina infraroșie sau cea ultravioletă. Lumina împreună cu temperatura face parte din factorii ecologici.

Atât lumina provenind direct de la o sursă de lumină, cât și cea transmisă, reflectată, împrăștiată sau difractată de diferite corpuri, are pentru ochiul uman o serie de caracteristici, printre care:

– intensitatea luminoasă – determinată de puterea transportată de radiație și de sensibilitatea retinei;

– culoare – determinată de spectrul de frecvențe ale radiației incidente pe retină;

– polarizare – determinată de planurile sau planul de oscilație al undelor electromagnetice;

– coerență – determinată de faza oscilațiilor.

2.1.1 Considerații generale

Complexitatea proceselor din industrie și din alte domenii de activitate,automatizarea si controlul acestora, necesită obținerea de cât mai multe informații despre desfășurarea lor. Un proces sau un fenomen fizic este caracterizat de una sau mai multe mărimi fizice. Evaluarea, monitorizarea si controlul procesului presupune măsurarea mărimilor fizice care îl caracterizează. Realizarea acestor cerințe se face printr-un lanț de măsurare, lanț din care fac parte senzorii și traductoarele. Acestea sunt dispozitive care stabilesc o legătură între mărimea de măsurat, de natură neelectrică sau electrică și o altă mărime care depinde de prima și care este in general de natură electrica. Altfel spus, traductoarele realizează conversia mărimilor fizice de măsurat in alte mărimi fizice.

Undele electromagnetice, deci și lumina vizibilă, se compun dintr-un câmp electric și unul magnetic, orientate perpendicular unul pe celălalt, amândouă variabile în timp și în spațiu, și care se generează reciproc.

Variația acestor câmpuri este în general periodică atât în timp cât și în spațiu; perioada de repetare temporală a oscilațiilor este inversul matematic al frecvenței câmpului electromagnetic respectiv, iar perioada spațială este numită lungime de undă. Aceste două caracteristici sunt legate între ele prin intermediul vitezei de propagare a undei. Frecvența undelor electromagnetice nu depinde de mediul în care se propagă acestea.

În schimb, lungimea de undă depinde de viteza de propagare a undei într-un mediu dat, astfel încât aceeași undă trecând dintr-un mediu în altul va suferi variații ale lungimii de undă, conform relației: = υ / ƒ , unde υ este viteza de propagare a undei în mediul respectiv.

Când se descrie o radiație electromagnetică prin lungimea sa de undă, trebuie precizat și mediul în care se propagă unda. În lipsa acestei precizări se va subînțelege că este vorba de lungimea de undă în vid. Aceasta este aproximativ egală cu lungimea de undă în aer, cu o eroare acceptabilă în multe situații practice.

Undele electromagnetice reale se pot descompune în unde elementare cu următoarele caracteristici:

Frecvență – această frecvență unică determină în cazul luminii vizibile culoarea percepută de ochi. Culorile undelor elementare sunt pure și niciodată nu se întâlnesc în natură. Lumina produsă de laser, cea obținută prin separarea luminii albe în culorile componente, cea obținută cu ajutorul unor filtre, sunt exemple de lumină care doar se apropie de undele monocromatice ideale. Dispozitivele de reproducere a culorilor nu pot reda fidel culori de o asemenea puritate.

Amplitudine – aceasta este o măsură a variației câmpurilor electrice și magnetice care alcătuiesc unda. Este de asemenea legată de strălucirea aparentă a unei surse de lumină. Ochiul nu este la fel de sensibil la toate culorile și este chiar insensibil la razele electromagnetice din afara spectrului vizibil. Culorile care par să aibă aceeași intensitate vizuală pot avea intensități fizice foarte diferite.

Polarizare – vectorul câmpului electric și cel al câmpului magnetic sunt perpendiculare atât unul pe celălalt cât și pe direcția de propagare a undei electromagnetice. Dacă față de un anumit sistem de axe de coordonate vectorul câmpului electric este vertical, spunem că lumina respectivă este polarizată vertical. Ochiul nu este sensibil la polarizarea luminii, dar există experimente optice simple prin care se poate pune în evidență.

Câmpul electromagnetic este caracterizat prin patru mărimi vectoriale:

(x,y,z,t) – intensitatea câmpului electric,

(x,y,z,t) – inducția electrică,

(x,y,z,t) – intensitatea câmpului magnetic,

(x,y,z,t) – inducția magnetică.

Relațiile fundamentale care descriu câmpul electromagnetic sunt ecuațiile lui Maxwell și legile de material:

unde ρ(x,y,z,t) este densitatea de sarcină electrică, ε este permitivitatea, μ este permeabilitatea iar este densitatea de curent.

Densitatea de energie a câmpului electromagnetic este:

Radiația electromagnetica

Domeniul vizibil al undelor electromagnetice sau radiațiile luminoase este cuprins între 0,38 μm și 0,75 μm. Radiațiile luminoase pot fi caracterizate atât din punct de vedere al senzației luminoase, cu ajutorul mărimilor fotometrice, cât și din punctul de vedere al energiei radiante făcându-se apel la mărimile energetice

Cunoștințele actuale ale fizicii arată că lumina are un caracter dual, de undă și de corpuscul. Conform teoriei corpusculare a luminii aceasta este emisă, se propagă și este absorbită sub formă de cuante de lumină sau fotoni. Fotonii sunt caracterizați prin energia și impulsul , unde h este constanta lui Planck, v este frecvența iar este lungimea de undă.

Efecte fotoelectrice

Senzorii bazați pe efectele fotoelectrice au o largă răspândire în aplicațiile unde se măsoară direct mărimile optice (fotometrie, colorimetrie, pirometrie). Împreună cu diverse surse de lumină, senzorii fotoelectrici sunt folosiți pentru detectarea sau măsurarea altor mărimi în aplicații cum ar fi: detectorii de proximitate, optocuploarele, optocomutatoarele, detectoarele de fum, cititoarele de cartele etc.

Elemente sensibile fotoelectrice realizează conversia radiației electromagnetice în mod pasiv (variația unui parametru de circuit: rezistența) sau în mod active (generarea unei tensiuni sau a unui curent. În cele ce urmează se fac referiri doar la elemente sensibile la radiații cu lungime de undă în domeniul vizibil (lumina).

Funcționarea acestor elemente sensibile se bazează pe următoarele efecte fotoelectrice:

a) efectul de fotoconducție constă în modificarea conductivității unui semiconductor sub acțiunea radiației electromagnetice. Există următoarele tipuri de fotoconducție:

fotoconducția intensivă apare ca urmare a trecerii electronilor din banda energetic de

valență în banda de conducție, în urma ciocnirilor dintre aceștia și fotonii incidenți. Acest efect are loc dacă energia fotonilor incidenți este mai mare decât diferența dintre energiile corespunzătoare celor două benzi:

Unde:

– energia corespunzătoare benzii de conducție;

– energia corespunzătoare benzii de valență;

H – constanta lui Planck;

v – frecvența radiației electromagnetice.

Fenomenul de conducție intrinsecă conduce la modificarea concentrației electronilor și golurilor.

fotoconducția de impurități are loc în semiconductori dopați cu impurități ca urmare a excitării centrelor de impurități sub acțiunea radiației care produce ionizarea acestora. Diferența de energie între banda permisă și cea interzisă fiind mai mică decât între banda de valență și cea de conducție, acest efect poate fi utilizat pentru radiații cu lungime de undă mai mare.

fotoconducția purtătorilor liberi constă în creșterea mobilității purtătorilor de

sarcină ca urmare a absorbției radiației

b) efectul fotovoltaic este un fenomen fotoelectric prin care radiația luminoasă este convertită direct în tensiune electromotoare ca urmare a generării unor câmpuri electrice interne cauzate fie de dopare diferită în anumite zone ale semiconductorului (joncțiunea p-n), fie de structură variată a semiconductorului, fie de ambele cauze.

c) efectul foto emisiv este obținut în tuburi electronice de construcție specială, constând în: tuburi electronice de construcție specială, emiterea de către catodul de Cesiu a electronilor prin extracția acestora de către radiația incidentă. Acest fenomen are loc dacă energia radiației depășește lucrul mecanic de extracție:

Unde:

– lucrul mecanic de extracție

Mărimi fotometrice. Surse de radiații luminoase

Mărimile și unitățile fotometrice reprezintă acel sistem de mărimi și unități în definirea cărora se ia în considerare senzația luminoasă pe care o produc radiațiile electromagnetice asupra ochiului uman. Senzația de lumină depinde de fluxul de energie radiantă dar și de spectrul lungimilor de undă. Ochiul uman are astfel energie radiantă dar și de spectrul lungimilor de undă. Ochiul uman are astfel sensibilitatea maximă pentru culoarea verde, iar radiațiile cu lungimea de undă 380nm(ultraviolet) și 770nm (infraroșu) nu mai produc practice nici o senzație de lumină, oricât am mări puterea radiației incidente.

Sensibilitatea spectrală relativă a ochiului (V) este o mărime adimensionată și se definește ca raport dintre fluxul constant de energie a radiației care produce cea mai puternică senzație vizuală (nm ) și fluxul energetic al radiației cu lungimea de undă ce produce aceeași senzație vizuală.

Unitatea de măsură pentru intensitatea luminoasă este candela [cd], una dintre cele șapte unități fundamentale ale Sistemului Internațional de Unități, stabilind legătura între mărimile energetice și cele fotometrice. Candela reprezintă intensitatea luminoasă într-o direcție dată, a unei surse care emite radiație monocromatică cu frecvența de 540THz (0.55 ) și a cărei intensitate energetică în această direcție este de 1/683W/strad.

Ținând cont de sensibilitatea spectrală a ochiului și a fluxului de energie , se definește o mărime biofizică numită flux luminos.

= 675V[lm]

Energia luminoasă radiantă este definită cu expresia:

[lms]

Luminanța (strălucirea) este egală cu raportul dintre intensitatea luminoasă pe un element de suprafață într-o direcție dată și proiecția ariei sale pe planul normal direcției de observare. Unitatea de măsură pentru luminanță este candela pe metro pătrat [cd/m]. Unitatea de măsură pentru iluminare este luxul [lx]. Un lux este o iluminare produsă de un flux de un lumen pe o suprafață de un metru pătrat.

Senzori de lumina CCD

Senzorii CCD (Charge Coupled Devices) captează lumina în mici fotocelule care și-au primit numele de la modul în care sarcinile sunt citite după expunere. Pentru aceasta, mai întâi sarcinile din prima linie sunt transferate într-un registru de citire. De acolo, semnalele sunt preluate de un amplificator și ulterior de un convertor analog-numeric.

Fig.2.1. Funcționarea principială a senzorului CCD

După ce o linie a fost citită, sarcinile ei din registrul de citire sunt șterse. Următoarea linie va fi transferată în registrul de citire, iar toate liniile sunt transferate cu o linie mai jos. Sarcinile din fiecare linie sunt cuplate astfel încât la fiecare transfer din linia curentă în linia următoare are loc și un transfer din linia precedentă în linia curentă. În acest mod se poate citi o linie întreagă la un moment dat.

Există patru tipuri de bază pentru senzorii CCD:

liniari;

interliniari;

cadru întreg (full frame),

transfer pe cadre (frame transfer).

Un senzor CCD liniar este alcătuit dintr-un șir de senzori dispuși pe o singură linie. Pentru a achiziționa o imagine folosind un senzor liniar este necesar ca senzorul să se deplaseze cu viteză controlată de-a lungul imaginii. Viteza de achiziție este redusă dacă se folosește această manieră.

Fig.2.2. Structura unui senzor liniar

Un senzor CCD cu transfer interliniar (fig 2.3) are pentru fiecare pixel un fotodetector și o zonă de stocare a sarcinii rezultate. Zona de stocare este formată prin ecranarea (opacizarea) unei părți din zona pixelului. Prin concatenarea zonelor opace se formează un canal vertical care permite transferul sarcinilor de-a lungul senzorului până la un registru orizontal de deplasare.

Fig.2.3. CCD cu transfer interlinear

Senzorii CCD de tip cadru întreg, folosesc toată zona pixelului pentru achiziția imaginii. În acest fel, pe timpul transferului de sarcini nu se mai poate face integrare, deci nu se mai poate face acumulare de sarcini prin expunerea la lumină. Pentru a împiedica influența luminii pe timpul cât are loc transferul de sarcini (ceea ce ar strica calitatea imaginii), se pot plasa diafragme mecanice în fața senzorilor.

Fig.2.4. CCD cadru întreg (full frame)

Varianta cu transfer pe cadre este similară cu varianta cadru întreg, dar se ecranează (maschează) jumătate din matricea senzorială astfel încât să fie aptă pentru stocarea sarcinilor. După terminarea perioadei de integrare, când elementele senzoriale elementare au înmagazinat sarcinile, are loc un transfer al sarcinilor către zona de stocare și ca urmare o nouă integrare se poate face fără o întârziere expresă. În acest mod, acest tip de senzori se pot folosi pentru achiziții rapide.

Pentru citirea datelor din senzor se folosesc două metode:

citire progresivă,

citire întrețesută.

În varianta progresivă, liniile se citesc succesiv în ordinea în care apar în imagine. În varianta întrețesută, se citesc întâi liniile pare și ulterior liniile impare, după care are loc reintegrarea. Pentru senzorii mai mari de 1 Mpix, cea mai frecventă metodă este aceea întrețesută în care un rând de electrozi controlează transferul vertical al sarcinilor din două rânduri de pixeli.

Pentru că există un număr mare de producători și o competiție dură pe piață, există și multe soluții de proiectare diferite care încearcă, fiecare în parte, diferite avantaje.

Senzori de lumină CMOS

CMOS este ca și CCD, o tehnologie pe bază de siliciu și are proprietăți fundamentale relativ similare din punct de vedere al sensitivității în spectrul vizibil și aproape de infraroșu. Ambele tehnologii convertesc lumina incidentă sub formă de fotoni în sarcini electrice sub formă de electroni. Senzorii color pot fi fabricați în ambele tehnologii, în mod normal, prin adăugarea la fiecare pixel a unor filtre de culoare (de exemplu: roșu, verde și albastru).

Tehnologia CMOS este o tehnologie de tip semiconductor metal-oxid și este arhitectura cea mai folosită pentru tehnica de calcul, unități centrale și module de memorie. Senzorii de imagine CMOS (fig 2.5) performanți folosesc tehnica APS (active pixel) care a fost dezvoltată Propulsion Laboratory la mijlocul anilor '90.

Fig.2.5 Senzor CMOS

Senzorii CCD sunt produși pe linii de fabricație specializate pe care nu se pot produce alte circuite integrate, ceea ce crește prețul de cost.

Alte linii de fabricație folosesc tehnologia CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) pentru circuite integrate, pentru procesoare și memorii. De exemplu procesorul Pentium III conține 10 milioane de elemente active de acest tip. Fabricarea senzorilor de imagine pe astfel de linii de fabricație, conduce la scăderea importantă a costului. Trebuie precizat că aici termenul CMOS se referă la modalitatea de fabricație și nu la o tehnologie specifică pentru senzori.

Există două variante de bază pentru senzorii de imagine CMOS:

pasivi,

activi.

PPS (Passive Pixel Sensors) a fost prima variantă dezvoltată în anii '60. La nivelul zonelor fotosensibile, lumina sub formă de fotoni este convertită în sarcini, adică electroni. Sarcina acumulată pe timpul expunerii, integrării, este citită și amplificată. Senzorii sunt mici, atât cât să permită expunerea zonei fotosensibile și să includă conexiunile. Problema majoră o constituie, la acest tip se senzori, zgomotul materializat într-o rețea pe fundalul imaginii. Pentru a înlătura acest zgomot de fond sunt necesare etape de prelucrare suplimentare.

APS (Active Pixel Sensors) reduce exact zgomotul amintit pentru varianta pasivă. Circuite specializate la nivelul fiecărui pixel determină și anulează zgomotul apărut. De la aceste circuite active vine și numele tehnologiei. Performanțele acestei variante de tehnologie CMOS se apropie de performanțele oferite de tehnologia CCD și permit realizarea de senzori de mare dimensiune și înaltă rezoluție.

Tehnologia CMOS permite includerea în cipul senzorului a unor funcții suplimentare (inclusiv pentru micșorarea jitter-ului și stabilizarea sau compresia imaginii, pe lângă cele amintite anterior) care necesită cipuri suplimentare În această tehnologie se poate comuta rapid între achiziția de imagini (fotografii) și achiziția de secvențe video (filme). Acest ultim caz rămâne de rezolvat, la nivelul calculatorului cu care este cuplată camera, problema memorării în timp real a volumului mare de informație asociat secvențelor video.

Prin prezența circuitelor suplimentare de eliminare a zgomotelor se micșorează procentul zonelor influențate de lumină din suprafața totală a circuitului (fill factor – procentul de acoperire). În acest fel, sensitivitatea la lumină scade și apar probleme legate de calitatea imaginilor achiziționate în condiții de lumină puțină. Situația se poate corecta extern, prin prezența surselor de lumină de tip flash și prin mărirea timpului de expunere. Din punct de vedere tehnologic, intern, se recurge la introducerea de microlentile pentru fiecare pixel, pentru a aduna mai multă lumină și la reducerea circuitelor suplimentare.

Pentru că senzorii CMOS au un nivel de zgomot mai mare decât senzorii CCD, este nevoie de un timp de procesare mai mare între două imagini. Se pot folosi pentru aceasta procesoare de semnal (DSP – Digital Signal Processors) specializate. Prețul este un avantaj major pentru CMOS, ceea ce determină tendința de a îndrepta cercetările în direcția producerii unor astfel de senzori și de a le îmbunătății

Capitolul III

Module de achiziție

3.1. Noțiuni introductive

Perfecționarea mijloacelor de măsurare a făcut posibile noi și noi descoperiri în tehnică și știință, care, la rândul lor, s-au reflectat în mod direct asupra realizării unor mijloace de măsurare din ce în ce mai precise, mai rapide, mai flexibile. Astfel, ca o reacție în lanț, dezvoltarea măsurărilor și dezvoltarea diferitelor științe și tehnologii s-au stimulat reciproc în beneficiul progresului și civilizației.

Dacă, în trecut, în cea mai mare parte, măsurările erau concentrate în laboratoarele de cercetare sau de încercări, în ultimele decenii ale secolului nostru, măsurările au invadat domeniul industrial și joacă un rol activ în producție. Dezvoltarea foarte rapidă a electronicii și informaticii a pus la dispoziția inginerilor o multitudine de echipamente, având funcții noi și complexe, realizate sub formă monolitică sau modulară, ușor de instalat și de pus în funcțiune.

Dezvoltarea calculatoarelor personale, progresul lor spectaculos în ceea ce privește viteza de operare și capacitatea de stocare, asociate cu sisteme de operare și software din ce în ce mai performante, cu posibilități de prelucrare numerică din ce în ce mai complete și mai sofisticate constituie un suport stimulativ pentru realizarea unor sisteme de măsurare tot mai performante.

În paralel, s-au dezvoltat circuite specializate, asociate microprocesoarelor, pentru a permite realizarea de sisteme de măsurare și prelucrare numerică complexă a semnalelor capabile de să lucreze în timp real. În ultimul timp, aparatele numerice cu μP și-au impus superioritatea față de toate celelalte mijloace de măsurare.

Avantajele acestor aparate nu se limitează numai la ușurința și flexibilitatea în prelucrarea semnalelor de măsurare, ci ele permit, în același timp, dezvoltarea și organizarea unor sisteme de măsurare raționale și eficiente pe care le necesită astăzi domeniul industrial.

După apărut și s-a dezvoltat conceptul instrumentației personale, care permite transformarea calculatorului într-un instrument de măsurare deosebit de performant, spre exemplu, în osciloscop asociat cu voltmetru numeric.

Calculatorul personal devine astfel un aparat de măsurare complex și complet, care poate înlocui cea mai mare parte a aparaturii necesare unui laborator de măsurare din domeniul mărimilor electrice.

Se perfecționează continuu și cartelele de achiziții de date, adaptate nevoilor utilizatorilor din toate domeniile științei și tehnicii, concomitent cu standardizarea sistemelor de interfață și a mediilor de programare, trecându-se, și în domeniul software-lui pentru măsurări, la programarea vizuală (LabVIEW, LabWINDOWS, Test Point, HPVEE etc.) și la utilizarea pe scară largă a Instrumentelor Virtuale.

Dezvoltarea rețelelor informatice, a Internet-ului în ultimii ani, a făcut posibilă interconectarea la mare distanță a diverselor componente ale unui sistem de măsurare, dezvoltându-se un nou concept, acela de sistem distribuit de măsurare. În cadrul acestor sisteme distribuite, componentele sistemului posedă inteligență proprie, fiind capabile de acțiuni și prelucrări independente, subordonate sau lucrând în cooperare cu un computer master. Se poate vorbi deci de inteligență distribuită asociată cu conducerea la distanță a proceselor, de BUS-uri inteligente și de sisteme inteligente având traductorul asociat cu sistemul de prelucrare a datelor și cu elementul de execuție, sub numele de traductoare inteligente.

În domeniul echipamentelor, încorporarea prin construcție a unei rețele de senzori și a unei inteligențe proprii, conferă acestora posibilitatea de a monitoriza și autoevalua, putând lua decizii în sensul optimizării funcționării sau al protecției la avarii, apărând noțiunea de echipamente inteligente (Smart Engine).

Mai mult, s-a trecut la încorporarea unei rețele de senzori în construcția unor structuri capabile deci să se autoevalueze cu ajutorul unui sistem inteligent și să semnaleze pericole de defectare înainte ca ele să producă sau să protejeze structura prin limitarea solicitărilor la care este supusă, devenind astfel structură inteligentă.

3.2. Placa de achiziție

Arduino este o placă printre cele mai simple de utilizat cu microcontroller. Este ca un mic calculator capabil sa culeagă informații din mediu si sa reacționeze la acestea.

În jurul unei placi Arduino exista un ecosistem de dispozitive foarte bine dezvoltat. Fiind capabil sa culeagă orice informație, sa ofere conexiuni cu alte sisteme de care ai avea nevoie, exista o foarte mare șansă sa găsești un dispozitiv pentru Arduino capabil sa îți ofere ceea ce ai nevoie.

Astfel daca discutam despre preluarea de informații din mediu putem da exemplu de câțiva senzori: senzor de alcool, senzor de incendiu, senzor pentru gaz GPL, senzor pentru distante, senzor pentru prezenta umana, senzor pentru sunet, senzor pentru temperatura, senzor pentru presiune atmosferica, sau senzor video. Daca dorim să ne conectăm cu alte dispozitive, există plăci de rețea Ethernet pentru Arduino capabile să comunice informații prin Internet sau conectori Bluetooth pentru conectarea Arduino cu telefonul mobil sau laptop.

În zona mecanica, exista motoare de curent continuu, motoare pas cu pas sau servomotoare, controlate foarte exact. Pentru afișarea informațiilor preluate, exista ecrane LCD pentru Arduino.

Arduino Uno este o placă de achiziție bazată pe microcontrolerul ATmega328 de o platformă de procesare Open-Source, bazată pe software si hardware flexibil si simplu de utilizat. Consta într-o placa de mici dimensiuni(6,8cm/5,3cm) construită în jurul unui procesor de semnal. Procesorul este capabil sa ruleze cod scris într-un limbaj de programare similar cu C++. Aceasta are 14 pini digitali de intrare/ieșire (din care 6 pini pot fi utilizați ca ieșiri PWM), 6 pini pentru intrări analogice, rezonator ceramic de 16 MHz, o conexiune USB, conector pentru alimentare, un conector ICSP și un buton de resetare. Plăcuța are tot ce este necesar pentru a putea sprijinii microcontrolerul si nu este necesar sa lipești fire, tot ce ai nevoie este un port USB liber.

Caracteristici:

Microcontroller – Atmega328P-PU;

Tensiunea de operare – 5 V;

Tensiune de intrare (recomandat) – 7-12 V;

Tensiune de intrare (limite) – 6-20 V;

Pini Digitali intrare/ieșire – 14 ( pini ieșire PWM – 6);

Pini Analogici de intrare – 6;

Curent continuu Intrare/Ieșire – 40 mA;

Curent continuu pentru 3,3 V – 50 mA;

Memorie Flash – 32 Kb – din care 0,5 Kb utilizați de bootloader;

SRAM – 2 Kb;

EEPROM – 1 Kb (poate fi citită și scrisă cu librăria EEPROM);

Viteză Ceas – 16 MHz.

Fig. 3.1 Placa de achiziție Arduino Uno

Alimentare Curent

Arduino Uno se poate alimenta prin portul USB sau dintr-o sursă externă. Sursa de alimentare este selectată automat.

Alimentarea externă(nu prin USB) se face dintr-o baterie sau dintr-un adaptor de curent alternativ in curent continuu. Adaptorul poate fi conectat prin inserarea în mufa de 2.1mm pentru curent continuu.

Placa Arduino Uno poate să funcționeze pe o sursă externă de 6V și 20V. În cazul în care este furnizat mai puțin de 5V placa devine instabilă, iar dacă se utilizează mai mult de 12V regulatorul de tensiune se poate supraîncălzi si deteriora placa. Intervalul recomandat este de 7V – 12V

Pinii de alimentare sunt după cum urmează:

VIN – tensiunea de intrare a plăcii atunci când se folosește o sursă de alimentare externă.

5V – acest pin de ieșire este reglat de regulatorul de pe placă la 5 V. Placa poate fi alimentată cu putere de la conectorul de curent continuu (7-12V), conectorul USB (5V) sau pinul VIN de pe placă (7-12V);

3,3V – alimentare generată de regulatorul de pe placă, curentul maxim fiind de 50 mA;

GND – pini de masă;

IOREF – pin ce oferă tensiunea de referință cu care microcontroller-ul funcționează.

Pinii de intrare și intrare/ieșire:

Fiecare dintre cei 14 pini digitali ai plăcuței pot fi folosiți ca intrări sau ieșiri utilizând funcțiile pinMode(), digitalWrite(), digitalRead() și lucrează la 5V. Fiecare contact poate oferi sau primi un maxim de 40 mA și au o rezistență internă de 20-50 kOhms. În plus unii conectori au funcții speciale:

Serial : 0 (RX) și 1 (TX) – folosiți pentru a primi (RX) și transmite (TX) date seriale TTL (Transistor – Transistor Logic);

Întreruperi externe : 2 și 3 – acești pini pot fi configurați pentru a declanșa o întrerupere pe o valoare scăzută sau o modificare a valorii;

PWM (Pulse Width Modulation ) : 3, 5, 6, 9, 10 și 11;

SPI : 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) – acești pini suportă comunicarea SPI cu ajutorul librăriei SPI;

LED : 13 – led integrat digital conectat la pinul 13.

Fig. 3.2 Program Blink led 13 placa Arduino

Placa are și 6 intrări analogice etichetate de 0 5, fiecare dintre aceștia asigură 10 biți de rezoluție (1024 valori diferite). Unii pini au și funcții speciale:

TWI : A4 sau pinul SDA și A5 sau pinul SCL – suportă comunicarea TWI folosind biblioteca Wire;

Mai sunt și alți conectori pe placă:

AREF – tensiune de referință pentru intrări analogice folosită cu funcția analogReference();

RESET – aduce o linie scăzută pentru a reseta microcontroller-ul;

Fig. 3.3 Pini Chip Arduino

Software-ul Arduino include un monitor serial care permite datelor sa fie trimite la si de la placă. Ledurile RX și TX de pe placă vor clipi când datele sunt transmise prin intermediul USB la cipul serial și conexiunea USB la computer.

Microcontroller-ul ATmega328 acceptă și comunicarea I2C și SPI.

3.3. Breadboard

Breadboard este un dispozitiv care permite conectarea extrem de simplă a componentelor electrice, fără lipituri. Pentru a conecta dispozitivele se folosesc fire tata-tata sau fire mamă-tata, care se introduc in găurile din breadboard.

Găurile existente in breadboard sunt conectate intre ele, astfel încât firele introduse pe aceeași linie vor fi conectate între ele. Dacă dorim să conectăm simultan mai multe dispozitive la placă, vom conecta folosind fire tata-tata pinul de 5V Arduino la una din liniile breadboard-ului, iar la altă linie din breadboard vom conecta unul din pinii GND. Astfel, vom avea disponibili încă patru pini conectați la 5V și patru pini conectați folosește astfel pentru toate proiectele pe care le aveți in plan

Exista mai multe tipuri de breadboard mai mari sau mai mici. Atunci când ai nevoie de mai multe conexiuni si nu îți mai ajung pini pentru conectare se pot înlănțui doua sau mai multe breadbord-uri intre ele, cu fire.

Fig. 3.4 Breadboard

Fig. 3.5 Circuitele într-un breadboard

3.4 Mediu de programare

Programarea microcontroler-ului se realizează destul de simplu, nu mai necesită conectarea unui programator special pentru a putea programa microcontrolerul, acesta având in componența s-a tot ce are nevoie pentru a putea fi programat. Aveți nevoie doar de următoarele componente: cablul USB, placa de dezvoltare Arduino, mediul de dezvoltare. Conectezi cablul într-un port liber USB, iar conexiunea este deja făcută. Sistemul de operare va detecta un nou device si vă va cere instalarea unui driver specific placi pe care aveți.

Indiferent de sistemul de operare care îl aveți driverele necesare se găsesc pe pagina producătorului(http://arduino.cc/en/Main/Software). După aceea driverele pot fi găsite în dosarul unde a-ți salvat progrămelul (exemplu: C:\arduino\drivers sau C:\program files\arduino\drivers). Imediat ce driverele au fost instalate puteți porni mediu de dezvoltare si scrie programul.

Configurarea lui Arduino se face astfel, din meniu Instrumente->Placa de dezvoltare se selectează tipul plăci(fig. 3.2), iar apoi din meniu Instrumente->Portul serial se selectează portul pe care va lucra placa de dezvoltare.(fig. 3.3)

După configurarea placi pe care lucram si apoi a portului unde este conectată placa urmează să ne apucăm de lucru(fig.3.3)

Fig. 3.6 Selectare placa dezvoltare

Fig. 3.7 Selectare port serial

Fig. 3.8 Mediu de progrmare

Apoi vom avea o mica descriere a ferestrestrei unde vom concepe programul si unde il vom pune pe Arduino

1.Zona de meniu:

→ Verifică programul pentru erori

→ Încarcă programul în placa de dezvoltare

→ Creează un nou proiect

→ Deschide un proiect

→ Salvează proiectul curent

→ Monitorizare serială – acest buton este folosit pentru comunicarea prin portul serial cu calculatorul

2.Zona de program:

Aceasta parte din aplicație este folosită pentru scrierea si editarea programelor. Cu ajutorul iconiței din dreapta sus poți redenumi/crea fișiere noi.

3.Zona de compilare

În aceasta zonă vor apărea eventualele erori de compilare.

3.5. Prelucrarea imaginilor

Prelucrarea și analiza imaginilor a apărut din dorința și necesitatea de a înlocui observatorul uman cu o mașină. Este important de spus faptul că analiza imaginilor a mers mai departe, decât simpla înlocuire a observatorului uman nu a fost de ajuns și au apărut soluții inovatoare pentru probleme cu care aceștia nu s-au mai confruntat. Trebuie remarcata terminologia anglo-saxonă, in care disciplina este denumita Digital Image Processing, deci prelucrarea digitală a imaginilor. Prin prelucrarea digitală a imaginilor se înțelege prelucrarea pe un calculator digital a unor date bidimensionale.

La început imaginile sunt semnale, funcții definite pe un domeniu spațial. Orice imagine este o structura bidimensională(tablou, matrice) de date. Un element al imagini se numește pixel(care provine din engleza de la picture element).

Detecția fetei este o tehnologie care determina localizarea si dimensiunea fetei umane din imagini digitale, ea detectează fața si tot ce este în jur este ignorat, ca de exemplu clădiri, copaci, trupuri. Mai poate fi numită si ca localizarea fetei. Este folosită in biometrie de obicei ca recunoașterea fetei, de asemenea este folosita si in supravegherea video.

Astfel in zilele noastre practic oricine a avut sau are ocazia sa utilizeze o cameră foto digitală obișnuită(sau chiar camera unui telefon mobil) si a putut observa pe ecranul acesteia cum, la încadrarea subiecților umani, apare cate un dreptunghi sau pătrat colorat care încadrează figurile respective. Această funcție de localizare automată a fețelor permite o mai bună încadrare, precum și stabilirea automată a parametrilor de focalizare și expunere corectă a fețelor respective, prin comparație cu restul scenei. Probabil însă că puțini sunt aceia care s-au întrebat cum anume reușește camera foto să distingă faptul că într-o anumită regiune a imaginii există o figură umană iar în altele nu, respectiv că o anumită configurație de pixeli reprezintă o față, în timp ce alte configurații nu. Și asta practic în timp real! Cum camerele foto sau telefoanele mobile, cel puțin cele de clasă medie, ieftine, nu sunt dotate cu cipuri cu putere foarte mare de procesare, înseamnă că algoritmul respectiv și implementarea sa trebuie să fie extrem de eficiente. În plus, software-ul de detecție a fețelor integrat în camerele foto obișnuite a evoluat, ajungând astăzi nu numai să localizeze figurile umane, dar chiar să și identifice apariția zâmbetului pe acestea și să comande declanșarea automată în momentul respectiv.

Totuși, trebuie precizat faptul că problema detectării figurilor umane în imagini nu este tocmai una trivială, datorită varietății uriașe în care acestea pot apărea în percepția senzorului 2-D, atât din cauza trăsăturilor și particularităților fizionomice, culorii, dimensiunilor, poziției, acoperirii parțiale, fundalului complex, dar mai cu seamă din cauza zonelor de lumină și umbră determinate de poziția și distribuția sursei / surselor de lumină.

De-a lungul timpului au existat numeroase tipuri de abordări, ca metode, tehnici și algoritmi, pentru găsirea unor soluții optime, fiabile, performante și eficiente, de tratare a problemei detectării figurilor umane în imagini (digitale). Primul sistem de detectare a fețelor a fost dezvoltat în anii '70. La începutul anilor '90, dezvoltarea tehnicilor de recunoaștere a fețelor a făcut necesară și dezvoltarea unor algoritmi mai performanți pentru detectarea acestora, ca prim pas în recunoașterea automată. Detectarea fețelor poate fi privită ca un caz particular al detectării claselor de obiecte, presupunând localizarea acestora în imagini (digitale) indiferent de orientare / poziționare, condiții de iluminare, scalare, particularități și expresie facială. Domeniului ia fost acordat o atenție deosebită în ultimii 15 ani, în principal datorită creșterii numărului de aplicații comerciale și din domeniul legal care necesită autentificarea personală (de exemplu, controlul accesului – care presupune și recunoașterea feței, supravegherea spațiilor publice, interacțiunea om-calculator etc.) pe de o parte și, pe de altă parte, dezvoltarea unui număr mare de dispozitive de captură de imagini ieftine.

O observație care trebuie făcută, este aceea că detecția fețelor, indiferent de metoda utilizată, nu este și nu poate fi o știință exactă. Așa cum chiar oamenii pot fi păcăliți de imagini 2-D care par a conține o figură umană deși în realitate nu există niciuna acolo, la fel și algoritmii de detecție a fețelor pot fi induși în eroare în anumite situații.

Putem enumera următorii factori principali care pot induce probleme în detectarea automată a fețelor (în imagini bidimensionale):

poziția și orientarea acestora în imagine – anumite caracteristici faciale putând fi parțial sau total ascunse;

prezența / absența unor componente structurale – unele caracteristici faciale precum barbă, mustață, ochelari putând fi, sau nu, prezente și existând o mare variabilitate a acestora din punct de vedere al formei, culorii sau dimensiunilor;

expresia facială – geometria feței fiind afectată de aceasta;

obturarea – fețele putând fi parțial mascate (acoperite) de alte obiecte (inclusiv alte fețe);

condițiile în care a fost realizată fotografia – iluminarea (spectrul, poziția, distribuția sursei sau surselor de lumină, intensitatea) și caracteristicile aparatului foto (lentilele, senzorul) afectând foarte puternic felul în care o figură apare în imagine.

În general, metodele utilizate, indiferent de tipul acestora, sunt laborioase, presupun numeroase iterații, analize pe diferite criterii, scalări, filtrări, comparații, și evident au solicitat eforturi și timp pentru a fi puse la punct.

Algoritmii de detecție a fețelor pot fi împărțiți în patru mari categorii, unele metode fiind localizabile la granițele dintre acestea:

Abordarea bazată pe caracteristici invariante

Această metodă încearcă să găsească unele caracteristici structurale comune indiferent de condițiile de iluminare sau de unghiul din care a fost capturată imaginea. Au fost utilizate diverse caracteristici structurale: caracteristici faciale locale, textura, forma și culoarea pielii. Caracteristicile faciale locale, cum ar fi ochii, sprâncenele, nasul, gura etc., sunt extrase utilizând filtre multi – rezoluție sau de tip derivativ, detecția contururilor, operații morfologice, sau folosind anumite praguri. Pe baza acestora se construiesc modele statistice care descriu relații între caracteristici și se verifică existența feței.

Metoda bazată pe modele / șabloane (templates)

Metoda detectează întâi capul, care este aproximativ eliptic, folosind filtre, detectoare de contur sau siluete. Sunt apoi extrase contururile caracteristicilor faciale utilizând cunoștințe despre geometria feței (modele sau șabloane predefinite manual sau parametrizate de o funcție). Se calculează corelația dintre caracteristicile extrase din imagine și modele sau șabloane predefinite ale caracteristicilor faciale. Metodele bazate pe modele sau șabloane predefinite sunt sensibile la scalare și variația formei și poziției. Rezolvarea acestei probleme s-a realizat cu ajutorul modelelor sau șabloanelor predefinite care sunt sensibile la scalare, variația formei și poziției

Metoda bazată pe apariție / înfățișare (appearence)

Această metodă utilizează un număr mare de exemple corespunzătoare diferitelor tipuri de variații. Detectarea feței este privită ca o problemă de recunoaștere de forme cu două clase: „față” și „non-față”. Sunt utilizate tehnici de analiză statistică și învățare automată pentru a descoperi proprietățile statistice sau funcția de distribuție a probabilității pattern-urilor intensității pixelilor din imaginile corespunzătoare celor două clase. Cele mai utilizate metode din această categorie pentru detectarea fețelor sunt: eigenfaces, LDA, rețele neuronale, support vector machines (SVM) și modele ascunse (hidden) Markov.

În anul 2001, Paul Viola și Michael Jones au prezentat un cadru nou, inovativ, pentru detectarea obiectelor arbitrare în imagini, pe care l-au rafinat pentru detecția fețelor. Algoritmul este cunoscut drept metoda Viola-Jones și este unul dintre cei mai robuști, performanți, eficienți și utilizați, reprezentând practic un punct de cotitură în dezvoltarea aplicațiilor practice de timp real utilizând detecția fețelor, cum este cazul celor incluse în camerele foto digitale de astăzi.

Metoda Viola-Jones oferă o viteză remarcabilă și o rată foarte înaltă de acuratețe, cercetătorii raportând o rată de fals-negative ( nedetecție ) de sub 1% și una de fals-pozitive de sub 40%, chiar când sunt utilizate doar cele mai simple filtre. Metoda completă utilizează până la 38 de filtre sau clasificatoare.

Un alt element important care trebuie subliniat este acela că Viola și Jones au utilizat AdaBoost nu numai pentru antrenarea clasificatorului, dar și pentru selectarea unui număr considerabil mai mic dintre toate caracteristicile inițial definite, care să fie utilizate în cele din urmă.

AdaBoost este o tehnică de Inteligență Artificială (I.A.) similară rețelelor neuronale, un meta – algoritm adaptiv formulat inițial de Zoav Freund și Robert Schapire, dezvoltat pentru a combina caracteristici slabe într-un clasificator mai puternic.

Clasificatoarele de pe primele niveluri sunt mai simple și asigură eliminarea foarte rapidă a unui număr mare de subferestre de tip non-față. Astfel, primul clasificator din cascadă utilizează cele două caracteristici descrise mai sus și elimină peste 50% dintre non-fețe, iar următorul, utilizând alte 10 caracteristici, elimină peste 80% dintre non-fețe.

Fig. 3.9 Cascada de clasificatori Viola-James

Au folosit si un proces de învățare in care s-au folosit in jurul a 4.916 de exemple descărcate aleatoriu de pe Internet, apoi fiind decupate, aliniate si scalate la 24×24 de pixeli. În procesul de învățare au fost utilizate ca exemple de fețe și imaginile în oglindă ale acestora față de axa centrală verticală, deci un total de 9.832 de imagini. Exemplele de non-fețe au fost selectate ca subferestre din alte peste 9.500 de imagini aleatoare, de asemenea descărcate de pe internet și verificate manual că nu conțin fețe. Numărul acestor subferestre este de circa 350.000.000, dar numai câte maximum 10.000 au fost utilizate pentru antrenarea fiecărui clasificator din cascadă.

Acest proces de învățare a durat mai multe săptămâni. Ne mai vorbind despre durata experimentelor pentru alegerea caracteristicilor, a tipului de clasificator, pentru ajustarea ponderilor. Putem spune k este o metodă destul de laboroasă, din categoria celor în care învățarea este lentă, dar detecția este foarte rapidă.

Aceasta implementare Viola-Jones apare si in biblioteca de funcții de vedere artificială (Computer Vision) dezvoltata și menținută (inițial) de Intel, OpenCV, open source, disponibilă liber pentru mai multe platforme, putând fi utilizată direct in diferite aplicații

Capitolul IV

Descrierea aplicației

4.1. Schemă logică de funcționare a aplicației

DA NU

DA NU

4.1.1 Schema bloc a aplicației

4.2. Servomotoare

Servomotorul este format dintr-un motor electric de curent continuu, un driver pentru acesta, un mic circuit electronic de interfațare si un dispozitiv capabil sa determine poziția axului motorului, toate încapsulate in aceeași cutie. Servomotorul este caracterizat de cuplul, exprimat de obicei in kg/ cm, de exemplu un servomotor cu un cuplu de 5 kg/cm este capabil să ridice o greutate de care este prins exact la de centrul axului motorului. Daca greutatea este prinsa la de centrul axului motorului atunci greutatea maxima scade la jumătate.

Controlul servomotorului in Arduino se face folosind un generator de semnal PWM(Puls Width Modulation). În funcție de factorul de umplere al semnalului PWM, servomotorul se deplasează la o poziție exactă.

PWM este o modulare tehnică care controlează lățimea impulsului,durata impulsului formal, pe baza informațiilor de semnal modulator. Reprezintă o tehnică pentru obținerea de rezultate analogice cu mijloace digitale. Controlul digital este folosit pentru a crea un val pătrat, un semnal care se schimbă între pornit si oprit. Acest semnal de oprit-pornit poate simula tensiuni între ponit(5V) și oprit(0V).prin schimbarea secțiuni de timp pe care semnalul o petrece într-un interval de timp. De exemplu dacă se repeta această schimbare oprit-pornit cât mai rapid pe un LED se poate controla luminozitatea respectivului LED

În graficul de mai jos, este explicată aceasta variație de tensiune. În desen liniile verticale reprezintă perioada de timp, iar orizontal este reprezentată fluctuația tensiuni. Cu alte cuvinte frecventa PWM in Arduino este la aproximativ 500 Hz, iar timpul acestei fluctuați este de aproximativ 2 milisecunde pentru fiecare fluctuație.

Fig. 4.1 Puls cu modulație

Acum revenind la servomotoare este foarte delicată alimentarea uni servomotor. Un curent 5V din placa de achiziție este suficient pentru alimentarea unui servomotor de 9g (Fig. 4.2), acest lucru putând fi făcut doar cu ajutorul placi de dezvoltare fără a mai fi nevoie de o alimentare suplimentară, aceasta alimentare făcându-se doar din portul USB. Atunci când se folosește un servomotor mai mare nu mai este suficientă doar alimentarea de 5V pe care o oferă portul USB mai este necesar și o alimentare externa a placi de dezvoltare cu un alimentator extern.

Daca ai nevoie ca servomotorul să se miște un număr exact de grade îți trebuie un motor pas cu pas si nu de un servomotor

Fig 4.2 Servomotor 9g

4.3. Cameră Web

Fig 4.3 Parcursul unei imagini de la captare la redare

Se compune în principal dintr-un senzor. Foarte adesea, în loc de standardul de matrice pentru supraveghere video sunt utilizate senzori mai ieftini. Deși au sensibilitatea mai mica și nu este prea bună reproducerea culorii, utilizarea lor poate reduce semnificativ costul aparatului, deoarece acești senzori sunt toți inserați intr-un cip cu datele de ieșire digitale.

Web – camera digitala este un dispozitiv care produce filmare digitizata, compresia și transmiterea video printr-o rețea de calculatoare. Prin urmare, web-camera include următoarele componente:

– CCD

– Lentilele

Fig. 4.4 Procesarea imagine transmisă prin lentilă

– Un filtru optic

– Placa de apucare a imaginii

– Bloc de compresie video

– CPU și web-server incorporat

– RAM

– Flash Memorie

– Interfață de rețea

– Porturi in serie

– Alarma intrări / ieșiri

4.4. Mini difuzor

Mini difuzorul(fig. 4.5) este cea mai simpla modalitate de a crea sunete cu Arduino. Utilizarea acestuia este extrem de simpla.

Mini difuzorul are 2 fire unu roșu și unul negru. Cel negru este folosit pentru masa(GND) iar cel roșu pentru semnal. Atunci când se conectează un mini difuzorul la o placa de dezvoltare Arduino pinul roșu trebuie conectat automat pe un pin care sa poată transmite semnalul in tensiune PWM.

PWM cum am scris și mai sus este un semnal care se mișcă foarte rapid între 5V si 0V, astfel făcând ca membrana difuzorului este si ea mișcata la fel de rapid, generând sunete. Frecventa cu care semnalul se mișcă între 5V si 0V determina frecvența sunetului.

Fig. 4.5 Mini-difuzor brick

4.5. Senzor de distanță

Senzorii de distanță sunt capabili sa ne spună cât de departe se afla obiectul din fața lor. În funcție de principiul constructiv, exista mai multe categorii de senzori.

Avem astfel senzorii care se bazează pe emiterea de ultrasunete si măsurarea timpului necesar ca sa se întoarcă ecoul( principiul pe care îl folosesc lilieci pentru navigare).Aceștia sunt senzori destul de preciși, foarte ușor de folosit si a căror ieșire variază direct proporțional cu distanța măsurată. Din cauza faptului că sunetul se deplasează cu o viteza fixa, aceasta categorie de senzori este una relativ lentă.

A doua categorie de senzori sunt cei bazați pe reflexia unei raze de lumină infraroșie. Acești senzori au doua zone active, o zona care emite lumina si o zona care recepționează raza reflectată de obiectul pana la care dorim sa măsurăm distanta. In funcție de unghiul sub care se reflecta raza de lumina se poate determina distanta pana la obiect.

Acești senzori sunt mult mai rapizi decât cei ultrasonici, însa funcționează corect doar într-o gama mai strictă de distanțe. Astfel avem un tip de senzor infraroșu în gama 3 – , un alt tip în gama 10 – si un alt tip în gama 15 – . Mai există si doua tipuri de senzori digitali, unul de și unul de . Senzorii digitali determină dacă există un obiect la o distantă mai mică de 5, respectiv in fata senzorului. Pentru senzorul de tip 10-, valoarea citită de Arduino pe portul analogic la care este conectat senzorul va fi aproape de zero atunci când nu exista nici un obiect în fața senzorului si aproximativ 630 atunci când obiectul este la in fața senzorului. Dacă senzorul se apropie și mai mult de obiect (astfel că distanta devine mai mică de ), valoarea citită scade iarăși, ajungând să fie in jur de 430 când senzorul este la câțiva milimetri de obiect. Din acest motiv, daca avem nevoie de o determinare exactă intr-o gama mai largă de distante, o soluție bună este să utilizezi o combinație de doi sau mai mulți senzori, în funcție de ce ai nevoie. Spre exemplu, ca să faci un robot care ocolește obstacole, un singur senzor 10- este suficient (când obiectul ajunge la mai puțin de , faci robotul să-și schimbe direcția și să-l ocolească. Pentru un robot de sumo însă, unde este important să știi când adversarul a ajuns la de tine, vei vrea să combini un senzor de 10- cu un senzor digital de . Astfel vei folosi senzorul digital de ca sa îți spună dacă adversarul este la mai puțin de de tine, si senzorul de 10-80 ca să determini exact distanta. Senzorii Sharp sunt unii dintre cei mai des folosiți senzori, întrucât sunt o combinație echilibrata între preț si performanță.

În sfârșit, a treia categorie de senzori sunt senzorii de tip laser. Aceștia sunt cei mai preciși și cei mai rapizi, dar pot costa cu un ordin sau doua de mărime fată de cele două categorii anterioare (în gama sutelor sau miilor de euro pe bucata).

Fig.4.6 Senzor de distanță(vedere de sus)

Fig. 4.7 Senzor de distanță( vedere din spate)

Concluzii

În acest proiect am încercat să evidențiez supravegherea video, ce sisteme si ce componente au. Sistemele de supraveghere video au evoluat forte mult si repede, de la primele sisteme de tip CCTV analogice care necesitau observatori umani, la sisteme complet digitale care înglobează camere inteligente ce pot fi controlate de la distanta dotate cu detecție de mișcare si capabile sa comunice cu alte echipamente. Serverele video ce convertesc orice cameră analogica într-una digitală, servere ce pot stoca înregistrările video timp îndelungat.

Noile sisteme de supraveghere video au in componența lor și sisteme de calcul pentru gestiunea de la distanță a înregistrărilor, stocarea, gestionarea si configurarea lor si înlocuiesc cu succes DVR-urile. Oferă înregistrare declanșată de evenimente( intrări de alarmă, detecție de mișcare), programată, permițând selectarea individuală a modulului de înregistrare și calitate a imaginilor pentru fiecare cameră sau canal, oferind detecția de mișcare pe anumite regiune a imagini sau pentru întreaga imagine, oferind totodată si conectivitate in rețele Lan, RS-232, RS-485 etc.

Aplicațiile folosite de diverși producători sunt diferite, construite pe arhitecturi diferite și formate proprietare pentru stocarea datelor referitoare la sistem. În încercarea de a le interconecta se dovedește a fi foarte complicata, de multe ori imposibilă.

Utilizarea acestor formate proprietare are scopul de protejare a afaceri si joacă un rol important în asigurarea calității.

Sistemele de supraveghere video pot utiliza imaginile preluate de la camere nu doar pentru a le stoca, ci si pentru a extrage informații din acestea. Aceste informații pot declanșa alarme, sau chiar ajuta la procesul de înregistrare a imaginilor.

Aceste sisteme de supraveghere sunt folosite si in procesele automate de fabricare a diverselor lucruri unde imaginile sunt prelucrate pentru a face o anumită secvență, de exemplu un sistem de supraveghere video care să vadă defectele care apar in obiecte in timpul fabricări acestora

În concluzie sistemele video sunt folosite nu doar pentru a supraveghea diferite lucruri, pentru a proteja, sunt folosite si in diverse alte scopuri tot in folosul omului unde acesta nu poate vedea si analiza. Sistemele de supraveghere video evoluează destul de repede iar totul se datorează prelucrărilor video și a tehnologiei care devine din ce în ce mai mică ca dimensiuni.

Bibliografie

PRINCIPIILE FIZICE ALE SENZORILOR ȘI TRADUCTOARELOR

Mihai Hotinceanu, Zoltan Borsos – Editura Universității Petrol – Gaze, Ploiești 2009;

THE EFFECT OF TARGET SPECIFI9CATION ON OBJECTS FIXATED DURING VISUAL SEARCH, PERCEPTION AND PSYCHOPHYSISCS

Williams, L.G. – vol. 1, 1966;

VIDEO CODING STANDARD IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS FOR VIDEO TECHNOLOGY

Wiegand, T., Sullivan, G., Bjontegaard, G., Luthra A. – Overview of the H.264 /AVC 2003;

MOTION DETECTION AND SURVEILLANCE,

Kristály, D.M., Ungureanu, D., Moraru, S.A.,

Proceedings of the 15th International Scientific And Applied Science Conference

ELECTRONICS – ET’ 2006, Sozopol, Bulgaria, 20-22 septembrie 2006, Technical University of Sofia, Book 4, pp. 127-131, ISBN 954-438-567;

MICROCONTROLLERE. APLICATII

Paul Borza, Carmen Gerigan, Petre Ogrutan, Gheorghe Toacse – Editura Tehnica București 2000;

SISTEME DE PRELUCRARE GRAFICA

Baciu, R., Volovici, D. – Editura Albastră, 1999;

THEORY AND APPLICATIONS OF DIGITAL IMAGE PROCESSING

Erhardt-Ferron, A.- University of Applied Sciences Offenburg, versiune electronică – 2000;

DIGITAL IMAGE PROCESSING

Gonzales, R.C., Woods, R. – Prentice Hall PTR, 2002;

DIGITAL PICTURES

Netravali, A., Haskell, B. – Plenum Press, NY, 1988;

DIGITAL IMAGE PROCESSING : PIKS INSIDE

Pratt, W.K. – 3rd Edition, 2001, Ed. John Wiley & Sons, versiune electronică;

PRELUCRAREA ¸SI ANALIZA IMAGINILOR

Constantin Vertan – 1999;

http://andatechelectrocom.blogspot.ro/2009/11/istoria-supravegherii-video.html;

http://en.wikipedia.org/wiki/Charge-coupled_device;

http://en.wikipedia.org;

http://.arduino.cc;

www.robofun.ro;

www.arduino.md;

Bibliografie

PRINCIPIILE FIZICE ALE SENZORILOR ȘI TRADUCTOARELOR

Mihai Hotinceanu, Zoltan Borsos – Editura Universității Petrol – Gaze, Ploiești 2009;

THE EFFECT OF TARGET SPECIFI9CATION ON OBJECTS FIXATED DURING VISUAL SEARCH, PERCEPTION AND PSYCHOPHYSISCS

Williams, L.G. – vol. 1, 1966;

VIDEO CODING STANDARD IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS FOR VIDEO TECHNOLOGY

Wiegand, T., Sullivan, G., Bjontegaard, G., Luthra A. – Overview of the H.264 /AVC 2003;

MOTION DETECTION AND SURVEILLANCE,

Kristály, D.M., Ungureanu, D., Moraru, S.A.,

Proceedings of the 15th International Scientific And Applied Science Conference

ELECTRONICS – ET’ 2006, Sozopol, Bulgaria, 20-22 septembrie 2006, Technical University of Sofia, Book 4, pp. 127-131, ISBN 954-438-567;

MICROCONTROLLERE. APLICATII

Paul Borza, Carmen Gerigan, Petre Ogrutan, Gheorghe Toacse – Editura Tehnica București 2000;

SISTEME DE PRELUCRARE GRAFICA

Baciu, R., Volovici, D. – Editura Albastră, 1999;

THEORY AND APPLICATIONS OF DIGITAL IMAGE PROCESSING

Erhardt-Ferron, A.- University of Applied Sciences Offenburg, versiune electronică – 2000;

DIGITAL IMAGE PROCESSING

Gonzales, R.C., Woods, R. – Prentice Hall PTR, 2002;

DIGITAL PICTURES

Netravali, A., Haskell, B. – Plenum Press, NY, 1988;

DIGITAL IMAGE PROCESSING : PIKS INSIDE

Pratt, W.K. – 3rd Edition, 2001, Ed. John Wiley & Sons, versiune electronică;

PRELUCRAREA ¸SI ANALIZA IMAGINILOR

Constantin Vertan – 1999;

http://andatechelectrocom.blogspot.ro/2009/11/istoria-supravegherii-video.html;

http://en.wikipedia.org/wiki/Charge-coupled_device;

http://en.wikipedia.org;

http://.arduino.cc;

www.robofun.ro;

www.arduino.md;