شرح التأريض ونظام الأرضى وأنواعه ومكوناته وطرق قياس مقاومة الأرضي وتقليل قيمتها

 شرح مواصفات كاميرات المراقبة بالتفصيل CCTV specs

مواصفات كاميرات المراقبة

1. نوع الحساس Image Sensor
2. العدسات (Lens)
3. القزحية IRIS
4. خاصية المجال الديناميكي العريض (WDR)
5. خاصية تعويض الإضاءة الخلفية  (BLC)
6. خاصية تعويض الضوء المُفرِط (HLC)
7. خاصية إنقاص الضجيج الديناميكي المحسن (XDNR)
8. خاصية نسبة الإشارة إلى الضجيج   (S/N) ratio
9. كمية الإضاءة بالكاميرا (Minimum illumination)
10. خاصية التصوير (النهارى/الليلي) بالكاميرا True Day / Night
11. تقنية ضغط الفيديو Video Compression
12. خاصية التحكم الآلى بالربح AGC

نوع حساس الكاميرا  Image Sensor 

حساس الصورة (Image Sensor) هو المسئول عن تحويل الإشارة الضوئية المنعكسة من المشهد المراد التقاط صورة له إلى إشارة كهربية يتم معالجتها داخل الكاميرا وتحويلها الى صورة يتم عرضها على شاشة العرض  او جهاز التسجيل و أهم تلك الحساسات :

حساس الكاميرا (CCD) 

إختصار لـ Charged Coupled Device
وهو عبارة عن مجموعة دوائر متكاملة (ICs) تحوى حساسات ضوئية , موزعة على شكل مصفوفة مستطيلة , ويتحسس كل حساس لجزء محدد من الصورة ويولد إشارة متناسبة مع الصورة والتي تعالج لاحقا .

مميزات حساس (CCD) 

• يمتاز بالحساسية الضوئية العالية حيث يعطى أداء عالى عند مختلف ظروف الإضاءة
• جودة الصورة الناتجة أعلى مقارنة بحساس CMOS
• ألوان الصورة الناتجة طبيعية وأقرب للواقع مقارنة مع حساس CMOS

عيوب حساس (CCD)

• غالى الثمن
• يستهلك طاقة مرتفعة مقارنة مع حساس CMOS

حساس الكاميرا (CMOS) 

إختصار لـ Complementary  Metal Oxide Semiconductor
يعتمد هذا الحساس فى تصنيعه على تقنية (CMOS) وهى مماثلة للتقنية المستخدمة فى الحواسيب الشخصية (PCs) والدوائر المتكاملة (ICs) 

مميزات حساس (CMOS)

• رخص الثمن والحجم الصغير
• قلة الطاقة الكهربائية المستهلكة

عيوب حساس (CMOS)

• الحساسية الضعيفة في حالة الإضاءة الضعيفة
• جودة الصورة الناتجة أقل من حساس CCD

قطر الحساس المستخدم في الكاميرا

يعتبر قطر شريحة الحساس من الأشياء الهامة جدا التى يجب أخذها فى الإعتبار عند شراء كاميرا المراقبة المناسبة , فكلما كان هذا القطر أكبر كلما كان حجم الصورة المستقبلة على الحساس أكبر.

وأكثر أقطار الحساسات شيوعاَ هي  (1/4", 1/3", 1/2 ", 2/3")  ووحدة القياس المستخدمة هي الإنش (Inch) كما يعد القطر ("1/3) هو الاكثر إستخداما فى كاميرات المراقبة حيث يستخدم فى أكثر من %90 منها
 وهناك أقطار موجودة ولكنها قليلة الإستخدام وهي ( 1/36",1/2.5",1/1.8",1", 4/3", 1.8")

- أكثر الحساسات المستخدمة فى الكاميرات من تصنيع شركتي (SONY) و(PANASONIC)  وتكاد لا تخلو كاميرا من حساس مصنوع من إحدى هاتين الشركتين .

 عدسات الكاميرا (Lens)

  يعتبر اختيار عدسة الكاميرا من الأمور الأساسية لأى كاميرا ويجب اختيارها بعناية

العلاقة بين قطر العدسة و قطر حساس الصورة بالكاميرا

يجب اختيار كل من قطر العدسة و قطر حساس الصورة بصورة متناغمة , بحيث يكون قطر حساس الصورة مساوياَ أو اكبر من قطر العدسة حتى لا يتم اقتطاع جزء من الصورة .

فمثلا لو كان لدي عدسة بقطر (2/3") فإننا نستطيع استخدام حساس صورة بدءاَ من القطر (2/3") , بينما لانستطيع استخدام حساس صورة بقياس أقل (1/2") و إلا سيتم اقتطاع جزء من الصورة.
- يتم اختيار العدسات بناءاَ على ما يسمي بـ البعد البؤري Focal Length  

البعد البؤري Focal Length

هو المسافة بين بؤرة العدسة Lens وحساس الصورة Image Sensor كما بالرسم الموضح ويقاس بوحدة (mm) 

- وبالتالى لو لدينا عدسة (8 mm) فهذا يعنى أن البعد البؤرى لها مساويا (8 mm) وليس قطر العدسة كما قد يفهم البعض خطأ

العلاقة بين البعد البؤرى للعدسة وزاوية الرؤية للمشهد angle of view

- هناك علاقة عكسية بين البعد البؤرى للعدسة وزاوية الرؤية للمشهد المراد تصويرة (angle of view) فكلما زاد البعد البؤري للعدسة قلت زاوية الرؤية والعكس صحيح وبالتالي إذا اخترنا عدسة (4mm) فان زاوية الرؤية ستكون كبيرة أما أذا إخترنا عدسة(12mm) فان زاويا الرؤية ستكون صغيرة لكنها ستكون أوضح , و بالتاليعندما أريد منظر عام أختار عدسات (4mm) , أما إذا أردت صورة دقيقة فإنني اختار عدسات (8mm أو12mm ) كما هو الحال إذا أردت اختيار كاميرا موجهة تحديدا على آلة الصرف عند موظف المحاسبة , حيث يهمنا في هذه الحالة نوع العملة و قيمتها دون شيء أخر .

انواع العدسات المستخدمة فى كاميرات المراقبة 

وتقسم العدسات المستخدمة في كاميرات المراقبة إلى ثلاثة أنواع :

عدسات ذات بعد بؤري ثابت Fixed Focal Length

  وهي عدسات ذات بعد بؤري ثابت لا يمكن تغييره , وتمتاز بالسعر المنخفض والحجم الصغير لكنه لا يمكن تكبير او تصغير أو تغيير زاوية  رؤية الصورة بواسطة هذا النوع من العدسات ويكثر استخدامها فى الكاميرات الخارجية .

عدسات ذات بعد بؤري مُتغير Varifocal Length 

 وهي عدسات ذات بعد بؤري يمكن تغييره يدوياَ , وتمتاز بالمرونة من حيث إمكانية تغيبر زاوية الرؤية و التصغير والتكبير , إلا أنها أغلى من العدسات ذات البعد البؤري الثابت, و أكبر حجما , ويكثر استخدامها بالمحلات والمجالات الصناعية و الأماكن الخارجية أيضا

وتتواجد غالبا ببعد بؤري  يتراوح من (2.8mm - 12mm) 

عدسات ذات بعد بؤري آلي Motorized Zoom

  وهي عدسات ذات بُعد بؤري يمكن تغيره آليا بواسطة لوحة مفاتيح أو جهاز تحكم أو برنامج أجهزة التسجيل , وتمتاز بمرونة عالية لتغيير زاوية الرؤية والتكبير والتصغير وبنسب عالية , ولكنها غالية الثمن وكبيرة الحجم نوعا ما , وتستخدم في تطبيقات خاصة فقط .

الفرق بين عدسات CS-mount و C-mount

 تستخدم بعض الشركات المصطلحين التاليين عند ذكر مواصفات العدسات:

CS-mount : يعني بعد بؤري بمقدار (12.5mm)
C-mount : يعني بعد بؤري بمقدار(17.5mm)
تستخدم الكثير من الشركات عدسات ذات توضع CS-mount ثابت , بينما تستخدم شركات أخرى عدسات ذات توضع CS-mount مع حلقة ضبط للانتقال إلى الوضع C-mount

 القزحية  IRIS

  يقصد بالقزحية آلية تحديد كمية الإضاءة الواصلة إلى حساس الصورة Image Sensor تماما كما يحدث فى قزحية العين البشرية حيث فى حالة الضوء الساطع تضيق القزحية لتقلل كمية الضوء الداخلة الى العين والعكس فى حالة الظلام الدامس تتسع القزحية لإيصال أكبر كمية ممكنة من الضوء الى داخل العين .

القزحية iris عبارة عن فتحة (تسمي aperture or lens aperture) تتحكم فى كمية الضوء الساقطة على حساس الصورة image sensor ويتم تمييز تلك الفتحة (aperture) بمعامل يسمى (F-stop) or (F-number)

معامل (F-stop) أو (F-number)

هو عبارة عن حاصل قسمة البعد البؤري (Focal Length) على قطر الفتحة aperture diameter

ويتم كتابة هذا المعامل فى بيانات الكاميرا فى صورة (f / 2.8 مثلا) 

وبالتالى هناك علاقة عكسية بين هذا المعامل وكمية الضوء الواصلة الى حساس الصورة فكلما زاد هذا المعامل قلت قطر الفتحة وبالتالى تقل كمية الضوء الواصلة الى حساس الصورة 

تصنيف الكاميرات طبقا لآلية القزحية Iris 

يمكن أن نصنف الكاميرات وفق آلية القزحية كالتالي :

كاميرات Fixed Iris

• وهى كاميرات ذات قزحية ثابتة (fixed iris) أى لا يمكن التحكم فى اتساع او ضيق الفتحة aperture وبالتالى لا تسمح بالتحكم فى كمية الضوء الساقطة على حساس الصورة وهى رخيصة الثمن
• تستخدم فى الأماكن التى تكون فيها الإضاءة ثابتة طوال اليوم مثل المدارس والمكاتب

كاميرات Manual Iris

• وهى كاميرات يتم فيها التحكم في كمية الإضاءة الساقطة على حساس الصورة بإستخدام حلقة ring يتم تحريكها يدوياَ لتوسيع أو تضييق الفتحة aperture وبالتالى زيادة او انقاص كمية الضوء الواصلة الى الحساس .
• غالبا يستخدم هذا النوع فى الأماكن الداخلية Indoor التى تحدث فيها تغييرات طفيفة فى الإضاءة .

كاميرات Auto Iris 

• وهى كاميرات يتم فيها التحكم فى كمية الضوء الساقطة على حساس الصورة آلياَ بواسطة موتور يتحكم فى قطر الفتحة المسؤولة عن زيادة او انقاص كمية الضوء الواصلة الى الحساس وتنقسم الى نوعين : (DC Iris) و (Video Iris) كلاهما يستخدم موتور motor يتحكم فى قطر الفتحة ولكن الفرق بينهما فى مكان دائرة التحكم فى الموتور حيث فى النوع (DC Iris) تكون دائرة التحكم فى الكاميرا نفسها بينما فى النوع (Video Iris) تكون دائرة التحكم فى العدسات lens نفسها .
  
• تستخدم في الأماكن الخارجية Outdoor التي تحدث فيها تغيرات كثيرة في الإضاءة

كاميرات P-Iris 

• وهى كاميرات يتم فيها التحكم فى كمية الضوء الساقطة على حساس الصورة آلياَ ولكن بشكل أدق من النوع السابق حيث يتم استخدام موتور نوع stepper motor الذى يتحكم بشكل دقيق فى قطر الفتحة وبالتالى كمية الضوء الواصلة الى الحساس فيتم الحصول على صورة ذات جودة ونقاء عالى
• تستخدم في الأماكن الخارجية Outdoor التي تحدث فيها تغيرات سريعة وكبيرة في الإضاءة

 المجال الديناميكي العريض ( Wide Dynamic Range (WDR

• فى حالة وجود اختلاف او تباين فى مستويات الإضاءة فى المشهد أوالمكان المراد التقاط صورة له بحيث توجد أماكن فى المشهد ذات اضاءة عالية وأخرى معتمة تنتج صورة غير واضحة ومشوشة وبالتالى يتم معالجة هذه المشكلة باستخدام كاميرات مزودة بخاصية WDR) Wide Dynamic Range ) حيث يتم انتاج صورة عالية النقاوة فى مختلف مستويات الاضاءة وذلك بعمل تعويض او اتزان لمستويات الإضاءة فى الصورة
• يتم قياس WDR باستخدام وحدة الديسيبل db وكلما زادت هذه القيمة كلما كان أفضل وأعلى قيمة لها هى 120db

أنواع تقنية WDR

يوجد نوعان من تقنية الـ WDR وهما :-
D-WDR أو (Digital WDR) : وفيها يتم معالجة إضاءة الصورة العالية والمعتمة بشكل برمجى يإستخدام Software
True WDR : وفيها يتم معالجة إضاءة الصورة العالية والمعتمة بشكل ميكانيكي يإستخدام Shutter غالق داخل الكاميرا كما يلي :
- يتم زيادة سرعة ال shutter للسماح بكمية أقل من الضوء للوصول الى الحساس وذلك فى الأماكن عالية الاضاءة فى المشهد وانتاج صورة أولى
- يتم تقليل سرعة ال shutter للسماح بكمية أكبر من الضوء للوصول الى الحساس وذلك فى الأماكن المعتمة فى المشهد وإنتاج صورة ثانية
- يتم دمج الصورتين معاَ فى صورة ثالثة ذات جودة ووضوح عالى
ملحوظة : - تقنية True WDR أفضل بشكل كبير عن تقنية D-WDR فى انتاج صورة ذات جودة عالية
             - خاصية WDR أفضل من خاصية BLC فى انتاج صورة أوضح وعالية الجودة

خاصية تعويض الإضاءة الخلفية (Back light Compensation (BLC 

فى حالة وجود مصدر إضاءة عالية خلف الجسم المراد تصويره ستتسبب هذا الإضاءة الخلفية العالية فى ظهور الجسم الأمامى وكأنه مظلم لذا يتم حل هذه المشكلة بتزويد الكاميرات بتقنية تعويض الإضاءة الخلفية (BLC) التى تقوم بتقليل تأثير الإضاءة الخلفية ليظهر الجسم الأمامى بشكل واضح .
ملحوظة : - خاصية WDR أفضل من خاصية BLC فى انتاج صورة أوضح وعالية الجودة

تقنية تعويض الضوء المُفرِط (Highlight Compensation (HLC

• فى حالة وجود مناطق ذات إضاءة عالية ضمن الصورة وتفاصيلها غير واضحة تقوم تقنية HLC بتقليل إضاءة هذه المناطق وبالتالى نحصل على صور واضحة المعالم .
• تستخدم هذه التقنية غاليا مع كاميرات الطرق للتعرف على أرقام لوحات السيارات

تقنية إنقاص الضجيج الديناميكي المحسن (XDNR)(Excellent Dynamic Noise Reduction )

هى تقنية تستخدم فى حالة الإضاءة المنخفضة بموقع التصوير حيث تعمل هذه التقنية على التخلص من التشويش الموجود بالصورة أو إشارة الفيديو وإنقاص الغشاوة المتشكلة بالأجسام المتحركة فى الصورة فى حالة وجودها من أجل الحصول على صورة عالية الوضوح والجودة .

أنواع تقنية XDNR

تنقسم هذه التقنية إلى نوعين هما : 3D XDNR - 2D XDNR

كلا النوعين متشابهان من ناحية تقليل التشويش الموجود بإشارة الفيديو لكن تقوم تقنية 3D XDNR بإنقاص الغشاوة المتشكلة بالأجسام المتحركة فى الصور بينما لا تتوفر هذه الميزة بتقنية 2D XDNR

نسبة الإشارة إلى الضجيج (Signal to noise ratio (S/N

نسبة الإشارة إلى الضجيج (  S/N or SNR) : هو النسبة بين مقدار إشارة الفيديو إلى مقدار التشويش (الضجيج) المؤثر على إشارة الفيديو 
ويقاس بوحدة الديسيبل (db) وكلما زادت تلك النسبة كلما كان أفضل لأن زيادتها تدل على إنخفاض التشويش الظاهر بالفيديو الملتقط بواسطة الكاميرا أى إرتفاع جودة الفيديو .
تصنع معظم الكاميرات بنسبة إشارة إلى ضجيج (S/N) تصل إلى 55db  ويوضح الجدول التالى قيمة نسبة الإشارة الى الضجيج وجودة الفيديو المقابلة  :

قيمة نسبة الإشارة الى الضجيج وجودة الفيديو المقابلة

كمية الإضاءة بالكاميرا (Minimum illumination) 

Minimum illumination : هى أقل كمية إضاءة مطلوبة فى المكان المراد مراقبته بالكاميرا للحصول على صورة عالية الجودة والوضوح وتقاس بوحدة (Lux) 

ويعرف (Lux) بأنه كمية الضوء الساقطة على مساحة واحد متر مربع خلال الثانية الواحدة

وبالتالي يمكن تقسيم كمية الإضاءة إلى عدة مستويات :

·   ضوء الشمس الساطعة :             50000 Lux

·   ضوء النهار الخافت : 10000 Lux                 

·   ضوء مكتب أو محل :                 500 Lux

·   ضوء الغروب أو الشروق :          1-10 Lux

·   الظلام الدامس ( الكامل ) :           0 Lux

· إذا كان عندى كاميرا الـ Minimum illumination لها مساوياَ (0 Lux) فهذا معناه أن الكاميرا يمكنها تسجيل فيديو فى حالة الظلام الدامس .

اختيار قيمة الـ Minimum illumination المناسبة بمواصفات الكاميرا

· يتم اختيار قيمة الـ Minimum illumination المناسبة بمواصفات الكاميرا بناءاَ على أقل كمية إضاءة (أقل Lux) تم تسجيلها بالموقع المراد مراقبته بالكاميرا .

· تعتمد قيمة الـ Minimum illumination أيضا على فتحة العدسة Lens' aperture أى قيمة (F value)
حيث كلما قلت قيمة (F value) كلما قلت كمية الإضاءة المطلوبة Minimum illumination

كما تكتب فى مواصفات الكاميرا كالتالى :  Minimum illumination = 0.1 Lux @ F1.4

· تتراوح قيمة الـ Minimum illumination حسب نوع الكاميرا (ملونة - أحادية اللون) كالتالى:
( Color Camera     between ( 0.0004 LUX - 1 LUX 
( B/W Camera     between ( 0.0003 LUX - 0.1 LUX 

خاصية التصوير النهارى/الليلي بالكاميرا True Day / Night 

تعتبر خاصية Day/Night من التقنيات المهمة فى أى كاميرا مراقبة ويتم تشغيل هذه الخاصية بواسطة فلتر العدسة IR-CUT filter

فلتر العدسة IR-CUT filter

هو عبارة عن فلتر يتواجد بين العدسة (Lens) وحساس الصورة (image sensor) داخل الكاميرا يتم التحكم به أو تحريكه بواسطة موتور مثبت داخل الكاميرا يقوم هذا الموتور بإزالة أو إضافة الفلتر حسب مستوى الإضاءة فى موقع التصوير .

يتم تزويد كاميرات المراقبة بهذا الفلتر لتشغيل خاصية التصوير الليلي / النهارى true day/night كالآتى :

* أثناء النهار : تكون مستوى الإضاءة عالى فى موقع التصوير وبالتالى تحتاج الكاميرا إلى فلترة هذا الضوء الساقط على حساس الصورة لإنتاج صورة عالية الجودة ويتم ذلك بإستخدام IR-cut filter الذى يمنع الأشعة غير المرغوب بها من الوصول إلى حساس الكاميرا

* أثناء الليل : تكون شدة الإضاءة منخفضة فى موقع التصوير فتقوم الكاميرا بواسطة الموتور بإزالة الـ IR-cut filter من موقعه للسماح بأكبر كمية ضوء ممكنة من الوصول الى حساس الكاميرا .

أنواع تقنية Day/Night بالكاميرات

يوجد نوعين من خاصية Day/Night هما :

· True Day/Night : يتم فيه إستخدام فلتر IR-cut filter بين العدسة وحساس الصورة داخل الكاميرا (كما سبق شرحه)

· Electronic Day/Night : وفيه لا يتم استخدام IR-cut filter ولكن يتم معالجة الضوء نهاراَ وليلاَ بواسطة عملية إليكترونية Electronic process

تقنية ضغط الإشارة المرئية Video Compression 

من الميزات المهمة التى يجب أخذها فى الاعتبار عند اختيار جهاز DVR أو الكاميرا المناسبة هى تقنية الضغط compression وهى تعنى ضغط الصورة أو الفيديو الوارد الى جهاز الـ DVR الى حد مسموح بحيث يصغر حجم الصورة أو الفيديو مما يقلل من حجم المساحة التخزينية المطلوبة ولكن تؤثر هذه التقنية على جودة الصورة أو دقتها 

أنواع تقنيات ضغط الفيديو بالكاميرا

توجد تقنيات كثيرة لعملية ضغط الفيديو Compression Video وأشهرها :

تقنية (MJPEG) 

وهى خاصة بالصور الثابتة وتقوم بتقليل حجم الصورة إلى % 20 من حجمها الأصلي .

تقنية (4 - MPEG) 

وهى خاصة بالصور المتحركة (الفيديو) وتعطى جودة مقبولة وتقوم بتقليل حجم الفيديو إلى % 2  من حجمه الأصلي 

تقنية (H.264) 

 وهى أفضل التقنيات الموجودة حالياَ حيث ينتج عن عملية الضغط بهذه التقنية فيديو ذو دقة وجودة عالية وبأقل مساحة تخزينية ممكنة على القرص الصلب حيث تقوم بتقليل حجم الفيديو إلى % 1 من حجمه الأصلي ولكنها تتطلب سرعة معالجة عالية .

تقنية التحكم الآلى بالتكبير AGC Automatic Gain Control

• هى تقنية تستخدم فى حالة الإضاءة المنخفضة بموقع التصوير حيث تعمل هذه التقنية على تكبير إشارة الفيديو بإستخدام المكبرات (amplifiers) الموجودة بداخل الكاميرا للوصول إلى مستوى مناسب لجودة الفيديو فى ظل إنخفاض الإضاءة .
• لكن يعيب هذه التقنية هو وجود تشويش بالفيديو نتيجة للتكبير الحادث .

يمكن إيقاف أو تشغيل هذه الخاصية فى بعض أنواع الكاميرات من خلال مفتاح خارجى بالكاميرا أو من خلال برنامج التحكم software

كلمات مفتاحية كاميرات المراقبة CCTV S/N ratio Signal to noise ratio الديسيبل illumination Lux Color Camera B/W Camera True Day / Night IR-CUT filter Video Compression ضغط الفيديو MJPEG 4-MPEG H.264 AGC Automatic Gain Control

 CCTV القزحية IRIS حساس الصورة Image Sensor lens aperture F-number البعد البؤري Focal Length F-stop Fixed Iris Manual Iris Auto Iris P-Iris Wide Dynamic Range WDR Digital WDR Backlight Compensation Highlight Compensation HLC XDNR Excellent Dynamic Noise Reduction Image Sensor CCD sensor CMOS قطر الحساس عدسات Lens البعد البؤري Focal Length Fixed Focal Length Varifocal Motorized Zoom زوم CS-mount C-mount