Охранное освещение для теленаблюдения: основные требования и условия работы

Дмитрий Филиппов, старший преподаватель кафедры «Системы безопасности», МФТИ, специалист учебного центра ЗАО «Компания Безопасность»

Назначение системы охранного освещения (СОО) - создание для персонала охраны необходимых условий при выполнении оперативных задач, а также обеспечение штатной работы системы телевизионного наблюдения (СТН) в темное время суток. Рассмотрим основные требования к СОО и выделим условия для ее эффективной работы.

Виды освещения на объекте 

Прежде чем обсуждать требования к охранному освещению, нужно отделить остальные его виды, которые применяются на объекте. По терминологии СНиП 23-05-95 искусственное освещение подразделяется на рабочее, дежурное, аварийное и охранное.

При работах на объекте требуется рабочее освещение и его частный случай - местное освещение рабочих мест. Параметры рабочего освещения нормируются по разряду производимой зрительной работы. В нерабочее время в производственных помещениях, требующих периодического осмотра пожарной или военизированной охраной, устраивается дежурное освещение, для которого не нормируются область применения, величина освещенности, равномерность и требования к качеству.

Аварийное освещение подразделяется на:

- освещение безопасности для завершения рабочих процессов в размере 5% освещенности, но не менее 2 лк внутри зданий и не менее 1 лк для территорий;

- эвакуационное освещение 0,5 лк на лестницах, 0,2 лк на открытом пространстве, допустимая неравномерность 1:40.

При необходимости часть светильников рабочего или аварийного освещения может использоваться для дежурного освещения.

Охранное освещение подразделяется на:

• основное охранное освещение: входы в помещения, хранилища, КПП, причем уровень освещения выбирается точно так же, как для рабочего освещения, по разряду производимой работы (например, вскрытие помещений, досмотр автотранспорта);
• визуальный контроль всей охраняемой территории и периметра (не менее 0,5 лк), причем должны освещаться объекты наблюдения, расположение же часового или маршрут его движения должен быть затемнен;
• резервное охранное освещение, уровень 50% от уровня основного охранного устраивается в КПП, серверной, комнате охраны;
• дополнительное охранное освещение при плохой видимости или при нарушении периметра (не нормируется).

По сути, дополнительное охранное освещение является тревожным, которое предназначено для следующих операций:

• дополнительного освещения участка территории охраны, на котором произошло тревожное событие, с целью повышения вероятности верификации тревоги как с помощью СТН, так и визуально силами охраны;
• светомаскировки маршрута передвижения сил охраны, выдвигаемых на задержание нарушителя;
• создания дополнительной психологической нагрузки на нарушителя и его ослепление за счет повышения прямой блескости и формирования теневых зон, при этом направление КСС прожекторов должно совпадать с направлением выдвижения сил охраны.

Правильно спроектированная система охранного освещения - мощный психологический фактор сдерживания, способный предотвратить несанкционированное проникновение на охраняемый объект, при этом повышается риск обнаружения и неминуемого задержания возможного нарушителя.

Особо проектируется освещение для обеспечения работы СТН. К сожалению, в нормативных документах не приводятся конкретные требования к уровню, равномерности, спектральному составу охранного освещения для обеспечения штатной работы СТН. Можно встретить такое требование: «Система освещения должна обеспечить оптимальную видимость наблюдаемой сцены с учетом характеристик применяемых камер видеонаблюдения».

РД 78 145-93 МВД России указывает, что «охранное освещение должно обеспечивать совместимость с техническими средствами охранной сигнализации и телевидения», а в кардинальном, хотя и устаревшем документе ТПР-9-88 ГПКИ «Спецавтоматика» упоминается только, что «при применении в системе промышленных телевизионных установок (ПТУ) необходимая освещенность определяется в зависимости от типа передающих камер, но не менее 50 лк».

Так какие же условия освещения нужны для штатной работы сигналообразующего оборудования системы телевизионного наблюдения?

Условия освещения для системы ТВ-наблюдения 

Во внутренних помещениях охраняемого объекта, на КПП, а также на автомобильных и железнодорожных пропускных пунктах почти всегда имеется избыток света, например рабочего, дежурного или основного охранного освещения. Наиболее сложным является формирование требований освещения протяженных участков вне помещений, таких как полоса периметровых заграждений.

Уровень освещенности

Уровень освещенности, как указывалось выше, определяется чувствительностью применяемой камеры (и светосилой объектива). Было бы опрометчиво принимать на веру фантастические значения чувствительности со многими нулями после запятой, приводимые в рекламных проспектах. Весь вопрос в том, при каком соотношении «сигнал/шум» определяется чувствительность.

Хотя в наше время чувствительность кремниевого сенсора уже вплотную подошла к физическому пределу. Надо учесть, что для сенсоров меньшего формата этот порог освещенности во всех номинациях окажется еще выше, при реальных коэффициентах отражения фона еще как минимум в два раза выше, не говоря уже о цветных камерах, где надо пороговое значение освещенности на порядок увеличить.

Существует 4 способа повышения чувствительности - малокадровое телевидение (накопление сигнала), объединение пикселей при считывании, докоммутационное усиление с помощью ЭОП (электронно-оптический преобразователь) и дополнительное электронное умножение в сенсоре, но углубляться в рассмотрение данных примеров мы не будем. Таким образом, для получения нормированного видеосигнала при высоком отношении сигнал/шум нам потребуется освещенность от единиц люкс и выше. К тому же освещенность в поле зрения ТВ-камеры необходимо определять не только в горизонтальной плоскости, но и в вертикальной, перпендикулярной линии визирования камеры.

Интересно заметить, что естественная ночная освещенность (ЕНО) в средней полосе в безлунную ночь при ясном небе на открытом пространстве по нормам советского времени принималась равной 0,003-0,005 лк. При этом значительная часть спектрального состава ЕНО лежит за пределами чувствительности сенсора камеры в ближней инфракрасной области (1-1,7 мкм).

Контраст объекта с фоном

В соответствии с техническими требованиями СТН должна обеспечивать решение задачи верификации тревог в любых условиях применения. Однако очень часто объект наблюдения низкоконтрастный, а его изображение мелкое, на пределе разрешения. Для задачи опознавания ростовой фигуры человека на дальнем плане сцены масштаб не превышает 3-4 TVL на эффективный размер объекта (для ростовой фигуры человека принимается равным 0,2 м).  

Крупные объекты еще могут иметь невысокий контраст, мелкие же обязаны быть более контрастными.

В свою очередь, контраст телевизионного изображения зависит от спектральной отражательной способности объекта и соответственно фона, спектральной чувствительности сенсора камеры, а также от спектрального состава излучения выбранного источника освещения.

В качестве примера выберем характерные сочетания объектов и фонов для условий города и вне города и определим их контраст при освещении двумя различными источниками света:

• в городе: объект - джинсовая ткань, фон - сухой бетон;
• вне города: объект - плащевая ткань, фон - трава;
• источники света - лампа накаливания или ксеноновая разрядная лампа;
• приемник излучения - монохромный ПЗС-сенсор.

Контраст в большой степени зависит от спектрального состава источника освещения.

Источник света 

В распоряжении проектировщика большой арсенал источников света, некоторые типовые параметры которых приведены в таблице. Выбор производится исходя из условий обеспечения высокого контраста изображения, экономичности, частоты обслуживания, времени выхода на рабочий режим и т.д. В таблице  1 приведены средние значения параметров распространенных источников света.

Таблица 1.

В системах охранного освещения чаще всего применяют газоразрядные лампы, например ДНаТ (что, кстати, предписывается СНиП 23-05-95). Эти лампы долговечны, хорошо освоены промышленностью, достаточно эффективны и дают минимально необходимое представление о цвете. Для прожекторов тревожного освещения - лампы накаливания, чаще галогенные.

Немного скажем об инфракрасном освещении, которое применяется для выполнения оперативных требований по скрытому наблюдению и скрытой видеорегистрации. Для того чтобы обеспечить максимальную относительную спектральную чувствительность сенсора камеры, желательно выбирать длину волны ИК-освещения ближе к границе видимого диапазона и даже с частичным заходом в него. Территория посольства Испании в Скарятинском переулке, например, освещается в темное время суток темно-красным светом (720 нм). Если же требуется полная скрытность, то приходится мириться с некоторой потерей эффективности и использовать источник с длиной волны излучения 940 нм, зато при этом тело свечения светодиодного прожектора совершенно не видно невооруженным глазом. Важно отметить, что скрытое инфракрасное освещение не привлекает внимания вандалов к самим осветительным приборам, поэтому последние могут устанавливаться в доступных местах и лишь при крайней необходимости маскироваться под иные технические устройства.

Светильник

Светильник выполняет две функции - формирует КСС источника и обеспечивает ракурс освещения.

В типовых требованиях указывается, что «устройство охранного освещения должно обеспечивать равномерную освещенность запретной зоны с расчетом, чтобы светоточки от светильников перекрывались и образовывали сплошную полосу шириной 3-4 м.

Но что значит «равномерная освещенность» применительно к видеонаблюдению? Только то, что разница между уровнем сигнала, соответствующего самой темной точке, и уровнем сигнала самой яркой точки в поле зрения камеры должна быть меньше размаха линейной части динамической характеристики сенсора, а лучше с запасом на возможные различия коэффициента отражения.

Динамический диапазон сенсора определяется максимальной зарядовой вместимостью пикселя и количеством шумовых электронов и для сенсора формата 1/3» составляет примерно 2,5 порядка, но для меньших форматов катастрофически уменьшается. Уже поэтому неравномерность освещенности сцены не должна быть больше одного порядка.

Автоматика формирования нормированного сигнала камеры при опоре на наиболее яркие участки изображения завышает положение рабочей точки на световой характеристике, в результате чего остальные участки будут изображаться слишком темными. В некоторой степени тут может помочь объектив с активной автодиафрагмой.

Регулировка ALC усреднит значения видеосигнала по всему кадру, но при этом наиболее яркие участки будут пересвечены.

Вполне приемлемую равномерность освещения рубежа видеоконтроля обеспечивает ряд консольных светильников, которые имеют широкий тип кривой силы света. Однако существуют и другие способы освещения.  

Виды освещения и условия выбора

Согласно «Типовым требованиям», п. 4.1, прожекторы для охранного освещения применяются, как правило, только в исключительных случаях - при невозможности установки опор для светильников с относительно малым шагом или при применении промышленных телевизионных установок для усиления охраны, которые малоэкономичны при освещении узких полос территории.

Существуют оригинальные инфракрасные прожекторы. По сути, это прожектор-косовет с КСС, асимметричной в вертикальной плоскости, формируемой преломляющей оптической системой. Он устанавливается так, что на передний план поля зрения камеры падает меньшая часть световой энергии, а большая часть посылается поверх переднего плана на задний.  

Точно также можно применить распределение световой энергии осветителя, асимметричное в горизонтальной плоскости. Ряд светильников в таком случае располагается параллельно и несколько сбоку, а направление освещения - под углом к оси рубежа видеоконтроля. При этом очень выгодный ракурс. Дело в том, что при освещении объекта светильником, расположенным примерно в той же точке, где и видеокамера, фон и проектирующийся на него объект освещены приблизительно одинаково, объект не имеет теней, контраст минимален. Такое освещение в фотографии называют плоским.

Расположение КСС источников света под углом к визирной оси видеокамер позволяет наблюдать объект, во-первых, на фоне, освещенном иначе, а во-вторых, с объемным градиентом яркости и тенями. Контраст становится максимальным. Такое освещение называется моделирующим. Когда производится наблюдение с помощью поворотной камеры распределенных на значительной территории объектов охраны, установка прожектора вместе с камерой на одно поворотное устройство не будет лучшим решением.

Во-первых, как уже говорилось, ракурс такого освещения крайне неблагоприятен, а во-вторых, пока никто не отменил закон «обратных квадратов». В таком случае гораздо эффективнее применить постоянное локальное освещение объекта охраны.

Преимущества:

• экономия;
• снижение светового загрязнения;
• отсутствие обратного рассеяния подсветки при низкой прозрачности атмосферы (эффект тюлевой занавески);
• отсутствие отраженной яркости близко расположенных предметов, на которые настроилась бы автоматическая система регулировки чувствительности камеры, затемнив изображение всей остальной сцены наблюдения;
• оперативное преимущество - нарушитель не получает информации о направлении визирования камеры по направлению освещения прожектором, не знает, ведется ли там видеонаблюдение вообще и не предпринимает мер для маскировки.

Еще один момент, который следует учесть при выборе взаимного расположения камеры и светильника - привлеченные светом ночные насекомые, попадая в поле зрения камеры, создают яркие помехи. Их можно избежать, поставить светильник выше и в стороне от камеры, а лучше - на разные опоры.

Требования по проектированию СОО для СТН: 

• горизонтальная освещенность не менее 3-5 лк;
• неравномерность освещенности не более 10:1;
• не допускается попадание источника света в поле зрения телевизионной камеры;
• рекомендуется ориентировать светильники под углом до 45 град, в горизонтальной плоскости по направлению к визирной оси телевизионной камеры;
• не рекомендуется размещать светильник на той же опоре, что и телевизионную камеру.

Управление охранным освещением в автоматическом режиме должно обеспечивать:

• включение/выключение общего и дополнительного освещения по состоянию фотореле или временному графику;
• интеграцию на аппаратном, программно-аппаратном и программном уровне с системами управления доступом и охранной сигнализации;
• работу в автономном режиме;
• сбор и обработку информации от всех контроллеров освещения;
• отображение информации о состоянии линии связи с контроллерами управления освещением на пульте;
• информирование операторов о попытках несанкционированного доступа к шкафам системы электроосвещения;
• отображение электронного журнала событий СОО;
• хранение журнала событий СОО в автономном архиве центрального контроллера;
• периодический контроль (автоматический или по команде оператора) работоспособности СОО с отображением результатов контроля.