Мегапиксельные буллеты: температурный тест

В российском климате оборудованию зачастую приходится работать в очень сложных условиях, поэтому к уличным камерам выдвигаются повышенные требования. Таким устройствам необходимо иметь хорошую защиту от влаги и пыли, а также поддерживать работоспособность при низких температурах. Более того, на морозе камера может отключиться из-за чрезмерного охлаждения, и далеко не всегда удается затем включить ее удаленно. Еще может произойти обледенение камеры, что негативно скажется на качестве получаемого изображения. Из технической спецификации не всегда понятно, при каком способе питания, по технологии PoE или от источников питания постоянного либо переменного тока, камера сможет работать на морозе. И если инсталлятор захочет сэкономить на дополнительной прокладке линии питания и будет использовать только технологию PoE, то есть вероятность, что камера прекратит работу гораздо раньше достижения минимального значения температуры, которое было указано в ее техническом описании.

Восточноазиатский метод

Подавляющая часть оборудования, представленного на отечественном рынке систем безопасности, производится в Восточной Азии – это Китай, Корея, Тайвань. Климат там существенно отличается от российского, и на территории этих государств проблема работы оборудования при очень низких температурах не столь актуальна. Зачастую восточноазиатские производители указывают рабочий диапазон температур с оглядкой на конкурентов, и не важно, правдивы эти данные или нет.

Главное, чтобы заявленные ими характеристики были как минимум не хуже. Даже в тех редких случаях, когда действительно производятся испытания оборудования, такие тестирования, как правило, носят поверхностный характер. Смотрят – откажет IP-камера на морозе или нет. По этой причине доверять подобным заявлениям можно лишь в тех случаях, если они звучат со стороны серьезных брендов или российских производителей, в число которых ОЕМ-партнеры не входят.

Работа на морозе сопровождается рядом дополнительных трудностей. Одним из критических моментов, о котором не говорят на рынке безопасности, является расфокусировка изображения при сильном охлаждении камеры вследствие изменений линейных размеров элементов объектива (в частности линз) и элементов его крепления. Этот важный эффект никогда не учитывается при температурных тестированиях камер. Об этом также никогда не пишут разработчики в прилагаемой технической документации.

Предлагаем читателям ознакомиться с результатом тестирования уличных цилиндрических IP-камер при работе в условиях низких температур.

Участники тестирования

Для тестирования были выбраны IP-камеры торговых марок, которые популярны на российском рынке систем безопасности: ACTi E32, ActiveCam AC-D2021IR3, AVer FB2027-1, BEWARD BD3570RC, EverFocus EZN-1360 и Hikvision DS-2CD2032-I. Это 2- и 3-мегапиксельные цилиндрические модели (буллеты) с поддержкой питания по технологии PoE. Данные устройства относятся к классу «день/ночь» с перемещаемым ИК-фильтром, оборудованы КМОП-матрицами и фиксированными объективами типа М12 (f = 3.6–4.2 мм). Выбранные модели имеют класс защиты корпуса IP66 и согласно технической документации могут работать при низких температурах, которые характерны для российского климата.

Процесс тестирования

Основная направленность данного тестирования – проверка работоспособности уличных цилиндрических IP-камер в условиях низких температур. В процессе тестирования помимо непосредственно факта работы при низких температурах проверяются такие характеристики, как энергопотребление, возможность работы при низкой температуре с питанием по технологии PoE, расфокусировка изображения.

Стоит отметить один очень важный момент – приведенные в материале значения для горизонтального разрешения не являются максимально возможными для рассматриваемых моделей, они используются для демонстрации изменения резкости изображения.

Во время тестирования использовались следующие настройки IP-камер:

• качество изображения максимальное;
• поток максимальный;
• сжатие в формате H.264;
• подавление шумов – отключено.

Как тестируем

IP-видео камера устанавливается в климатическую камеру, таблица с нанесенными линиями находится на расстоянии более 4 м до камеры. Камера медленно охлаждается, при этом выдерживается в точках замера до достижения равновесного температурного состояния внутри камеры.

Измеряем горизонтальное разрешение в линиях (сколько пар белых/черных линий видим на изображении). Выбрано именно горизонтальное разрешение, потому что в тесте присутствуют двух- и трехмегапиксельные камеры, и именно по горизонтали у них схожее количество пикселей, что облегчает их сравнение между собой.

Для тестирования была подготовлена специальная таблица. Так как камеры имеют разные углы обзора, а расстояние до таблицы было фиксированным, результаты, показанные каждой камерой, были пересчитаны в видимые линии. Значение вычисленных видимых линий используется для сравнения в данной статье.

ACTi E32
Предоставлена компанией «Тайле»

3-мегапиксельная IP-камера ACTi E32 позволяет получать видео при максимальном формате кадра 2046х1536 пкс со скоростью 15 кадр/с. Для сжатия видеопотока в модели ACTi E32, помимо MJPEG, используется формат Н.264, причем для данного устройства разработчики заявляют рабочие размеры видеопотока 28 Кбит/с – 6 Мбит/с. Более того, камера может одновременно транслировать два видеопотока. Встроенные светодиоды обеспечивают дальность ИК-подсветки модели ACTi E32 на расстояние до 15 м. Для повышения эффективности системы видеонаблюдения в камере предусмотрены функция расширения динамического диапазона, маскирование приватных зон, видеодетектор движения и цифровое подавление шумов. Продлить жизнь E32 поможет реализованная в ней защита от вандализма в соответствии с классом IK10. Согласно информации, приведенной в технической спецификации, питание камеры осуществляется только по технологии PoE.

Во время работы при различных температурах потребляемая мощность ACTi E32 изменялась в диапазоне от 3,2 до 3,5 Вт. И при минимальной температуре камера требовала максимум энергии, что было вполне ожидаемо.

По абсолютному значению разрешения при минимальной температуре эта модель входит в лидирующую группу. Если при использовании данной камеры при комнатной температуре (+25°С) по горизонтали было возможно различать 757 линий, то максимальное снижение разрешающей способности, до 583 линий, наблюдалось уже при -15°С. Это значение оставалось вплоть до -40°С.

С последующим ростом температуры фокусировка начала улучшаться, уже начиная с -15°С, – измеренное горизонтальное разрешение составило 641 линию. А при достижении температуры нормальных условий (+20°С) разрешение IP-камеры вернулось на изначальный уровень.

ActiveCam AC-D2021IR3
Предоставлена компанией DSSL

Максимальный формат кадра, который доступен пользователю при работе с IP-камерой ActiveCam AC-D2021IR3, составляет 1920х1080 пкс при 25 кадр/с. Для компрессии видеопотока в этом устройстве используются кодеки M-JPEG и H.264 с возможностью одновременной трансляции двух видеопотоков. По заявлениям разработчиков, размер одного видеопотока составляет 8 Мбит/с. Улучшить качество изображения при работе модели AC-D2021IR3 в сложных условиях можно с помощью встроенных функций цифрового расширения динамического диапазона (DWDR) и подавления шумов. В AC-D2021IR3 также предусмотрены встроенный видеодетектор движения, детектор саботажа, маскирование приватных зон. В темное время суток можно использовать встроенную ИК-подсветку.

В зависимости от ситуации пользователь может организовать питание модели AC-D2021IR3 одним из двух доступных для нее способов: по технологии PoE или же от источника постоянного тока с напряжением 12 В.

Таковы технические особенности AC-D2021IR3. Говоря о результатах тестирования, сразу стоит отметить, что заметной расфокусировки изображения при охлаждении камеры не наблюдалось, разрешение по горизонтали во всех случаях составляло 620 линий. Причем напомним, что это значение для 2-мегапиксельной камеры.

Питание IP-камеры ActiveCam по технологии PoE в зависимости от температуры требовало мощности 4,1–5,2 Вт, а во время максимального охлаждения рассматриваемый образец потреблял 4,2 Вт. Использование источника питания 12 В позволяло снизить затраты энергии. В таком случае для работы камеры требовалось 3,4 Вт – это значение оставалось неизменным при всех температурах. Таким образом при работе с AC-D2021IR3 пользователь может выбирать: либо он использует питание PoE c более высоким потреблением, либо в целях экономии энергии проведет дополнительные работы по установке источника питания 12 В. Для этой камеры минимальный заявленный температурный порог составляет -30°С.

AVer FB2027-1
Предоставлена компанией «Тайле»

Помимо форматов MJPEG и Н.264 в камере AVer FB2027-1 используется кодек MPEG-4, что в большей степени ориентировано на совместимость с уже установленными системами видеонаблюдения. Для потоковых кодеков Н.264 и MPEG-4 модель AVer FB2027-1 может транслировать видеоизображение со скоростью 30 кадр/с с форматом кадра 1920х1080 пкс.

Защита этого устройства от влаги и пыли соответствует классу IP67. В числе функциональных особенностей модели стоит отметить такие, как потоковая передача данных Smart Stream и выбор области интереса, расширение динамического диапазона, цифровое подавления шумов, видеодетектор движения, а также электронная реализация функции PTZ и встроенная ИК-подсветка. Помимо этого, в AVer FB2027-1 есть возможность сохранения видео на карту памяти, двусторонняя работа со звуком, функция Plug&Play. Питание AVer FB2027-1 можно осуществлять как от источника 12 В постоянного тока, так и по технологии PoE.

Согласно технической документации AVer FB2027-1 может работать при температурах от -25 до +45°С. Тем не менее компания, предоставившая это устройство на тестирование, была заинтересована проверить его реальные возможности. Благодаря встроенной системе обогрева, которая может работать при использовании источника 12 В постоянного тока, камера продолжала работать и при температуре -40°С. Как видим, при составлении технической документации на это устройство разработчики явно поскромничали. В нормальном режиме камере требовалось 3,1 Вт, а когда включался встроенный обогреватель потребление увеличивалось до 14,4 Вт. Он продолжал работать до того момента, когда температура камеры достигала определенного уровня, затем происходило его отключение. Система обогрева AVer FB2027-1 работала в постоянном режиме в диапазоне температур от -25 до -40°С.

Снижение температуры окружающей среды сопровождалось уменьшением детализации изображения. Если при комнатной температуре данное устройство могло передать 575 линий по горизонтали, то на минимальной температурной границе, которую для камеры указывает разработчик (-25°С), на получаемом изображении можно было различить 314 линий, причем это же значение сохранялось вплоть до -35°С.

BEWARD BD3570RC
Предоставлена компанией «Бевард»

Одним из важных отличий этой камеры от конкурентов является наличие герметичного разъема с классом защиты IP67, который поможет при уличной установке и избавит от необходимости покупки дополнительного оборудования (монтажных шкафов или коробок).

BD3570RC формирует изображение с максимальным разрешением 2048х1536 пкс при максимальной скорости трансляции 15 кадр/с и с разрешением 1920х1080 пкс и ниже при 25 кадр/с.

Для повышения качества изображения в BD3570RC используются функция расширения динамического диапазона и цифровая система подавления шумов (3DNR/SPQ). Кроме того, для большей эффективности наблюдения в темное время суток BD3570RC снабжена ИК-подсветкой, дальность действия которой достигает 15 м. Среди дополнительных возможностей BD3570RC имеются встроенный видеодетектор движения, функция записи на карту памяти и NAS.

Использование кодека Н.264 High Profile позволяет получать изображение высокого качества при невысокой загрузке сети. Для лучшей совместимости модели BD3570RC с системами видеонаблюдения в ней реализована поддержка спецификаций ONVIF.

Питание камеры осуществляется исключительно по технологии PoE с максимальной мощностью потребления 4 Вт.

Модель BD3570RC оказалась лидером по разрешающей способности при температуре -40°С. Она передавала 640 линий по горизонтали, хотя еще для -35°С устройство поддерживало разрешение 704 линии. Впрочем, при последующем нагреве до +20°С вернулся изначальный уровень фокусировки, соответствующий 768 линиям, что также является одним из максимальных показателей в данном тестировании. Стоит обратить внимание, что сильного снижения резкости относительно первоначального значения не было вплоть до -35°С включительно.

При работе IP-камеры BD3570RC при различных температурах ее энергопотребление практически не изменялось и составляло 2,8–3,1 Вт. Причем это один из самых низких показателей энергопотребления, продемонстрированных в тестировании.

EverFocus EZN-1360
Предоставлена компанией «Видау Системс»

Питание IP-камеры EZN-1360 может осуществляться тремя различными способами:

1. от источника 12 В постоянного тока (8,1 Вт);
2. от источника 24 В переменного тока (10,36 Вт);
3. по технологии PoE (10,08 Вт).

Кроме кодеков MJPEG и H.264, предлагается MPEG-4. Одновременно камера может передавать три независимых видеопотока. Значительно расширяет возможности использования EZN-1360 поддержка ею спецификаций ONVIF и PSIA. С максимальным форматом кадра (2048х1536 пкс) доступна скорость трансляции 12,5 кадр/с, а при использовании изображения размером 1920х1080 пкс и менее можно получать 25 кадр/с.

Если требуется вести наблюдение в полной темноте, то можно включить встроенную в корпус камеры ИК-подсветку, которая действует на расстояние 20 м. Повысить качество изображения EZN-1360 при работе в сложных условиях позволяют функции цифрового подавления шумов (3DNR), расширения динамического диапазона (WDR). Возможность сохранения данных на карту памяти формата microSDHC, встроенный видеодетектор движения, функция Hallway Display, цифровое увеличение изображения, функции детекции саботажа и вскрытия камеры, а также наличие аналогового выхода для удобства настройки предоставляют дополнительные возможности при организации системы видеонаблюдения с помощью данной IP-камеры. Поддерживается работа модели с мобильными устройствами на платформах iOS и Android. Диапазон допустимых температур, при которых можно использовать камеру, производителем указывается от -40 до +55°С.

Для IP-камеры EverFocus EZN-1360 уменьшение температуры сопровождалось снижением разрешающей способности соответственно с 768 до 576 линий (-40°С), причем при температуре +25°С – это один из лучших показателей. Разрешение 640 линий наблюдалось уже при -10°С. По сравнению с работой при минимальной температуре степень фокусировки возвращалась на прежний уровень при последующем нагреве воздуха. Чтобы EZN-1360 работала при выбранных температурах, на нее требовалось подавать по технологии PoE от 3,7 до 4,2 Вт.

Hikvision DS-2CD2032-I
Предоставлена компанией DSSL

Среди характеристик IP-камеры Hikvision DS-2CD2032-I можно выделить видеодетектор движения, функцию подавления шумов, цифровую реализацию расширения динамического диапазона (DWDR), встроенную ИК-подсветку, поддержку ONVIF, PSIA и CGI. Кроме того, в камере реализована возможность записи данных на внешние сетевые устройства хранения NAS.

Для сжатия видеоизображения используются кодеки MJPEG и Н.264, а для видеопотоков производитель заявляет диапазон значений 32 Кбит/с – 16 Мбит/с. При работе с максимальным форматом кадра (2048x1536 пкс) камера может транслировать максимально 12,5 кадр/с. Работа с форматом кадра 1920х1080 пкс позволяет задействовать скорость трансляции 25 кадр/с. На данный момент со всеми камерами серии 2032 в комплекте поставляется разъем, предназначенный для защиты RJ-45 от попадания влаги. Однако производитель не гарантирует степень его защиты в соответствии с классом IP66. Поэтому опцию можно рассматривать только как дополнительную степень защиты.

Питание камеры может осуществляться от источника 12 В постоянного тока либо по технологии PoE. В последнем случае при комнатной температуре модели DS-2CD2032-I требовалась мощность 2,8 Вт, при дальнейшем снижении температуры потребление энергии IP-камеры увеличивалось, хотя и незначительно – при -40 °С требовалось уже 3,1 Вт. Использование источника 12 В постоянного тока позволяло снизить потребление энергии. В этом случае при разных температурах потребляемая мощность равнялась 1,9 Вт. Таким образом, камера DS-2CD2032-I показала самое низкое значение по потребляемой энергии. Хорошие результаты у этой камеры и по резкости изображения при различных температурах.

Во время охлаждения наблюдалась расфокусировка изображения, но при дальнейшем нагревании качество картинки возвращалось на прежний уровень. Соответственно при комнатной температуре разрешение DS-2CD2032-I по горизонтали составляло 750 линий, а при температуре -40°С — 563 линии при питании PoE и 625 линий при питании 12 В. Причем разрешение 625 линий камера демонстрировала уже при -25°С при любом источнике питания.

Работоспособность на морозе

Как показало тестирование, многие современные уличные цилиндрические IP-камеры могут работать при очень низких температурах даже тогда, когда их питание осуществляется только по технологии PoE. Для заявленных диапазонов температур все камеры сохраняли работоспособность, что уже характеризует их с положительной стороны.

Некоторые производители очень уверены в возможностях своего оборудования и изначально, кроме PoE, не используют дополнительные способы питания, что позволяет снизить стоимость таких устройств.

График зависимости горизонтального разрешения от температуры окружающей среды

• Резкость изображения

  Во время тестирования у 3-мегапиксельных IP-камер ACTi, EverFocus и Hikvision наблюдался практически одинаковый уровень снижения резкости изображения около 25% от исходного значения. В этом плане лучше проявила себя камера BEWARD, для которой это значение было 17%. Такое же отклонение по разрешению оказалось и у камеры Hikvision при питании от источника 12 В постоянного тока. 2-мегапиксельная камера ActiveCamAC-D2021IR3 поддерживала одинаковый уровень фокусировки при всех температурах, хотя по абсолютному значению ее горизонтальное разрешение было ниже, чем у 3-мегапиксельных моделей. Из числа устройств с форматом кадра 2048х1536 пкс максимальные значения разрешения при минимальной температуре и питании по технологии PoE демонстрировали ACTi E32 и BEWARD BD3570RC.

  

• Энергопотребление

  Энергопотребление рассмотренных моделей не сильно возрастало при работе на морозе. Существенное увеличение потребляемой мощности было только в случае включения системы обогрева.

• Расфокусировка изображения

  Тестирование наглядно продемонстрировало одну из важных проблем IP-камер с объективом М12 при работе на морозе, а именно расфокусировку изображения из-за охлаждения камеры. В таблице с результатами указывается, насколько снижается горизонтальное разрешение при минимальной температуре относительно значений при комнатной температуре. Данный факт еще раз доказывает значимость дополнительного обогрева в камере при построении профессиональных систем видеонаблюдения, которые предназначены для гарантированного решения поставленных задач. Несмотря на отсутствие «запотевания» на протестированных устройствах, мы увидели не менее серьезную проблему, которая существенно влияет на качество изображения.

  Сводная таблица результатов тестирования камер

  Камера	Разрешение, пкс	Тип фотоприемника	Минимальная рабочая температура, заявленная на сайте производителя, °С	Разрешение, линии		Снижение разрешения при минимальной температура, %	Цена (розн), руб.
  				при +25°C	при минимальной заявленной температуре
  ACTi E32	2048х1536	1/3,2'' КМОП-матрица с прогрессивным сканированием	-40	757 (PoE)	583 (PoE)	23	16 300
  ActiveCam AC-D2021IR3	1920х1080	1/2,8'' КМОП-матрица	-30	620 (PoE)/620 (12 В)	620 (PoE)/620 (12 В)	0	9 000
  AVer FB2027-1	1920х1080	1/2,5'' КМОП-матрица	-25	575 (PoE)/575 (12 В)	314 (12 В)	45	12 000
  BEWARD BD3570RC	2048х1536	1/2,8'' КМОП-матрица Sony Exmor с прогрессивным сканированием	-40	768 (PoE)	640 (PoE)	17	10 900
  EverFocus EZN-1360	2048х1536	1/3'' КМОП-матрица	-40	768 (PoE)	576 (PoE)	25	18 200
  Hikvision DS-2CD2032-I	2048х1536	1/3'' КМОП-матрица с прогрессивным сканированием	-40	750 (PoE)/ 750 (12 В)	563 (PoE)/ 625 (12 В)	25 (PoE)/ 17 (12 В)	10 000

  Почему данная проблема не озвучена ни поставщиками оборудования, ни инсталляторами? Возможно, потому, что ранее, в эпоху аналогового видео, уход фокуса ввиду более низкого разрешения не был столь заметен. А возможно, и потому, что одновременно с этим видеонаблюдение стремительно переходит в масс-маркет, который не отличается разборчивостью в таких «нюансах», как результат работы камеры и системы в целом в плане детализации изображения, и тем более в условиях, отличных от комнатных. Является ли CCTVLab первооткрывателем данной проблемы для систем мегапиксельного видеонаблюдения? Вероятно, да, по крайней мере нам не известны какие-либо упоминания об этом в открытых источниках.

  О такой проблеме нельзя забывать при проектировании систем видеонаблюдения, так как в технической документации реальное разрешение IP-камер не указывается. Этот параметр в описании IP-устройств традиционно заменяется форматом кадра в пикселях, и уж тем более не упоминается о реальной детализации при работе систем в различных условиях.

http://www.cctvlab.ru/