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Überwachungskamera

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Überwachungskameras werden immer kompakter, leistungsfähiger und sind aus dem Bereich Sicherheitstechnik nicht mehr wegzudenken. Bei der Auswahl der richtigen Kamera sind unter anderem Kriterien wie Beleuchtung und Abstand des zu überwachenden Objekts wichtig.


Kamera

Verwendung / Einsatzmöglichkeiten

Überwachungskameras können überall dort eingesetzt werden, wo eine Überwachung notwendig ist oder Bereiche besonders geschützt werden müssen. Dies können z.B. Überwachungen von belebten Kreuzungen, von Herstellungsprozessen oder von Bankschaltern sein. Darüber hinaus wirkt eine installierte Videoüberwachung präventiv (Ladendiebstahl).


Eigenschaften von Überwachungskameras


CCD-Chip

Das Kernstück einer Kamera ist der CCD-Chip. Dieser ist mit dem Objektiv entscheidend für die Bildqualität verantwortlich. Moderne Überwachungskameras sind mit verschleißfreien und für Erschütterungen unempfindlichen CCD-Chips ausgerüstet und bieten gegenüber älteren Technologien einige Vorteile:


Vorteil CCD-Chip

Die Vorteile der heutigen Technologie sind:

  • Kein Einbrennen bei Langzeitbetrieb
  • Keine Schäden durch Überbelichtung
  • Kein Nachziehen bei schnellen Bewegungen
  • Hohe Lichtempfindlichkeit
  • Problemloser Anschluss
  • Unempfindlich gegen Magnetfelder


Chipgröße

Die CCD-Chipgröße wird in der Regel in Zoll angegeben:

  • 1/2“ = 12,7 mm
  • 1/3“ = 8,5 mm
  • 1/4“ = 6,3 mm
  • 1/5“ = 5,0 mm


Farbe vs. Schwarz/Weiß

Beide Kameratypen haben ihre Vorteile. Schwarz/weiß-Kameras besitzen technisch bedingt eine vergleichsweise höhere Lichtempfindlichkeit und eignen sich durch ihre Infrarottauglichkeit besonders für den Einsatz bei Nacht oder in dunklen oder schwach beleuchteten Räumen. Farb-Kameras hingegen stellen das Bild für das menschliche Auge angenehmer dar und besitzen gegenüber Schwarz/weiß-Kameras eine geringere Detailauflösung. Die Farbinformationen ermöglichen dem Betrachter dagegen eine schnellere Erfassung der Bildinhalte.

Farb-Kameras sind grundsätzlich nicht infrarottauglich, da vor dem CCD-Chip funktionsbedingt ein Filter für das sichtbare Licht integriert ist. Viele Farb-Kameras, vor allem die Kameras mit IR-Scheinwerfer, schalten daher ab einer gewissen Helligkeit auf schwarz/weiß um.


Auflösung

Die Auflösung einer Kamera ist in erster Linie vom CCD-Chip und der integrierten Elektronik abhängig. Durch die Auflösung werden die Anzahl der Bildpunkte (Pixel) oder die vertikalen TV-Linien angegeben, die gerade noch zu unterscheiden sind.

  • Normalauflösende Kameras: 291.000 Pixel 350 - 420 TV-Linien
  • Hochauflösende Kameras: 438.000 Pixel 470 - 600 TV-Linien

Einige Kameras sind mit einem DSP (Digital-Signal-Prozessor) ausgestattet. Durch die digitale Signalverarbeitung wird eine deutliche Optimierung der Bildqualität in Bezug auf Farbtreue, Kontrastumfang, Spitzlichtverhalten und Gegenlichtkompensation erreicht.


Nachteinsatz

Soll eine Überwachung auch bei Nacht stattfinden, ist auf eine ausreichende Beleuchtung bzw. Ausleuchtung zu achten. Dazu kann eine "normale" Außenbeleuchtung eingesetzt werden, die dann auch den Einsatz einer Farbkamera ermöglicht. Eine weitere Möglichkeit ist die Nutzung von Infrarot-Scheinwerfern (IR). IR-Strahlen liegen in einem nicht sichtbaren Bereich und ermöglichen eine verdeckte Ausleuchtung.

Alternative Techniken wie Wärmebild-Kameras oder Nachtsicht-Kameras mit Restlichtverstärker sind einerseits um einiges teurer und andererseits technisch bedingt (gerade Wärmebild-Kameras) nicht in der Lage ein unverfälschtes Bild anzuzeigen.


Kameragehäuse

Eine Überwachungskamera besteht in der Regel aus folgenden Komponenten:

  • Gehäuse mit Stromversorgung (zum Teil mit Heizung und/oder Kühlung)
  • CCD-Chip
  • Objektiv
  • ggf. Halterung

Bei Außenkameras ist eine integrierte Heizung von Vorteil, da zum einen ein Beschlag der Scheibe verhindert und zum anderen die Kamera vor Frost geschützt wird.


UVV-/BGV-Kassen-Zertifikat

Kameras mit diesem Prüfzeichen wurden von der Verwaltungs-Berufsgenossenschaft für den Einsatz in sicherheitsrelevanten Bereichen von Banken geprüft und zugelassen. Diese Kameras entsprechen den hohen Prüfanforderungen der UVV-Richtlinien hinsichtlich Bildauflösung, Kontrastverhalten und Gerätesicherheit. Mit diesem Prüfzeichen kann man sicher sein, dass die Bildqualität zu den Besten gehört.


Ausstattungsmerkmale von Überwachungskameras


AGC - Automatische Verstärkungsregelung

Bei wechselnden Lichtverhältnissen ändert sich ständig der Pegel des Videosignals. Die Verstärkerregelung kompensiert diese Pegelverschiebungen und sorgt hierdurch für konstante Bildqualität.


ES - Elektronischer Verschluss - Auto-Elektronik-Shutter

Kameras mit dieser Funktion regeln die Belichtungszeit automatisch entsprechend den vorherrschenden Lichtverhältnissen nach. Im Normalfall wird die lichtempfindliche Fläche des CCD-Chips 20 Millisekunden lang belichtet, dann wird das Signal 50-mal in der Sekunde in den internen Speicherbereich übertragen. Bei sehr hohen Helligkeitswerten ist dann bereits soviel Licht auf den Chip gefallen, dass es zur Überbelichtung kommt.

Bei der Elektronik-Shutter-Regelung wird der Chip vorher ausgelesen und die Bildinformation bereits früher in den nicht mehr belichtungsfähigen Speicher übertragen. Kürzeste Zeiten von 1/50000 Sekunde sind dabei möglich.


BLC - Gegenlichtkompensation

Kameras mit dieser Funktion regeln die Belichtungszeit automatisch entsprechend den vorherrschenden Lichtverhältnissen nach. Normalerweise bewirkt ein heller Lichtpunkt, der in die Kameraöffnung fällt, dass die danebenliegenden dunkleren Bereiche nicht mehr zu erkennen sind. Bei der Gegenlichtkompensation werden nun diese hellen Bereiche von der Regelelektronik reduziert.


Lichtempfindlichkeit

Die Angabe erfolgt in Lux und gibt an, bei welcher Beleuchtung die Kamera noch ein akzeptables Bild liefert.

Obwohl die modernen Kameras immer lichtempfindlicher geworden sind, ist nach wie vor auf eine ausreichende Beleuchtung zu achten. Beim Einsatz von Scheinwerfern ist darauf zu achten, dass das Licht niemals direkt in die Kamera fällt. Scheinwerfer und auch Infrarotscheinwerfer sind am Besten oberhalb der Kamera zu montieren.


Automatischer Weißabgleich

Tageslicht und Kunstlicht haben verschiedene Farbanteile. Insbesondere Kunstlicht kann z.T. erhebliche Farbverfälschungen des Kamerabildes erzeugen, da Farb-Kameras für den Einsatz bei Tageslicht abgeglichen sind. Ein automatischer Weißabgleich sorgt dafür, dass die Farbwerte korrigiert werden.


Objektiv der Überwachungskamera


Auswahl des richtigen Objektivs

Die Brennweite eines Objektivs bestimmt den Überwachungsbereich, der auf dem Monitor sichtbar ist. Dabei verhält sich die Brennweite umgekehrt proportional zum dargestellten Sichtbereich.


Beispiel:

Der Sichtbereich eines 8 mm Objektivs ist doppelt so groß, wie der Sichtbereich eines 16 mm Objektivs.

Nach der untenstehenden Faustformel lässt sich die benötigte Objektiv-Brennweite aus der zu überwachenden Bildbreite und dem gegebenen Abstand zwischen Kamera und Überwachungsobjekt errechnend, wobei für 1/4" und 1/3" Chips unterschiedliche Faktoren herangezogen werden.

  • 1/3´´ CCD: Brennweite f = 4,8 x Abstand : Bildbreite
  • 1/2´´ CCD: Brennweite f = 6,4 x Abstand : Bildbreite


C- und CS-Mount-Anschlussgewinde

Sollte beim Einsatz von Kamera und Objektiv kein scharfes Bild einzustellen sein, so liegt dies voraussichtlich in der fehlenden Anpassung von C- oder CS-Mount-Anschlüssen. Das Gewinde von C- und CS-Mount-Objektiven unterscheidet sich nicht, jedoch muss das CS-Mount- Objektiv um 5 mm näher an den CCD-Chip geschraubt werden. Die meisten Kameras werden daher mit einen im Kameragewinde eingedrehten CS-Mount-Adapter geliefert. Dieser Ring muss beim Einsatz von CS-Mount-Objektiven vorher entfernt werden (Nicht zu verwechseln mit dem eigentlichen Kameragewinde, welches durch Schrauben gesichert ist).


Tiefenschärfe

Objektive sind im Zusammenspiel mit der Kamera auf eine bestimmte Entfernung scharf zu stellen (Focuspunkt). Den Bereich vor und hinter diesem Fokuspunkt, der noch ausreichend scharf dargestellt wird, nennt man Tiefenschärfe. Die Weite dieses Schärfenbereiches wird beeinflusst von der Brennweite und dem eingestellten Blendenwert des Objektives. Je kleiner die Brennweite des Objektivs, umso größer ist die Tiefenschärfe. So haben z.B. Normal- oder Weitwinkelobjektive einen größeren Tiefenschärfenbereich als Teleobjektive.

Bei der Blendenöffnung verhält es sich folgendermaßen:

Je kleiner die Irisöffnung (große Blendenzahl), umso größer die Tiefenschärfe. Dabei ist zu beachten, dass bei einer kleinen Irisöffnung eine große Lichtmenge zum Erzeugen eines Bildes gebraucht wird.


Beispiel:

  • Blendenwert F1,0 (große Iris) = lichtstark = kleine Tiefenschärfe
  • Blendenwert F8,0 (kleine Iris) = lichtschwach = große Tiefenschärfe


Auto-Iris-Objektive / automatische Blendenregelung

Für einfache Überwachungsaufgaben im Indoorbereich mit einer relativ konstanten Beleuchtung werden häufig Objektive mit manueller Blende eingesetzt. Die klassische Ladenüberwachung fällt in diesen Bereich. Bei der Montage muss die Blende vor Ort über einen am Objektiv befindlichen Blendenring einmalig eingestellt werden. Ändern sich die Lichtverhältnisse, so muss an der Kamera die Blende neu eingestellt werden.

Um die elektronische Verstärkerregung und -Shutter-Regelung optimal zu nutzen, wird auf einen möglichst kleinen Blendenwert eingestellt, womit aber auch der kleinste Tiefenschärfenbereich eingestellt wird. Um ein bestmögliches Ergebnis zu erzielen, ist gerade im Außenbereich immer zu empfehlen, mit Auto-Iris-Objektiven zu arbeiten. Hier sorgt ein Vergleichsverstärker im Objektiv dafür, dass je nach Helligkeit bzw. Lichteinfall die Blende des Objektivs öffnet bzw. schließt. Auto-Iris Objektive sollten bei stark wechselnden Lichtverhältnissen (speziell im Außenbereich) eingesetzt werden. Voraussetzung ist der Einsatz eines Kameratyps, der einen Ausgang für die automatische Blendenregelung anbietet. An diesem Ausgang werden sowohl die Betriebsspannung als auch das Videosignal zur Verfügung gestellt.


Anschlüsse an der Kamera


Koaxialanschluss

Das am häufigsten verwendete Verfahren zum Anschluss von Überwachungskameras ist die Verbindung über ein 75 Ohm Koaxialkabel, wie das RG-59 oder VCC-59. Angeschlossen wird das RG-59 über passende BNC-Stecker. Zur Vermeidung von Reflexionen müssen alle Leitungen mit einem 75-Ohm Widerstand abgeschlossen werden. Dies geschieht, indem am letzten Monitor der in der Regel schon integrierte 75-Ohm Widerstand zugeschaltet wird. Die max. Kabellänge hängt von der Dämpfung des eingesetzten Kabeltyps ab. Je größer die Dämpfung und je höher die Frequenz, umso höher ist der Signalverlust. Für eine hochwertige Anlage sollte die max. Dämpfung durch das Kabel 3 dB nicht überschreiten. Werden normale Anforderungen an die Bildqualität gestellt, sind auch 6 dB vertretbar, wobei für die Ermittlung des Dämpfungswertes eine Frequenz von 5 MHz zu Grunde gelegt werden kann. Die von uns angebotene RG-58 Kabel haben bei 10 MHz auf 100 m eine Dämpfung von 3,3 dB. Somit ist das Kabel in den meisten Anwendungen für eine Übertragungslänge von 200 - 250 m ausreichend.


2-Draht-Leitung

Übertragungen von mehreren hundert Metern lassen sich über ein Koaxialkabel nur schwer realisieren. Abhilfe schafft hier die Umsetzung des Videosignals in ein symmetrisches Signal und die Übertragung auf einer 2-Draht-Leitung. Die Umsetzung des Videosignals geschieht an der Kamera durch einen Sender und am Monitor durch einen Empfänger.


Videomodulator

Häufig soll in Überwachungsanlagen im häuslichen Bereich das Kamerabild direkt auf das vorhandene Fernsehgerät dargestellt werden. Dazu kann das Kamerasignal mit einem Scart-zu-Cinch-Adapter in Kombination mit einem Cinch-zu-BNC-Adapter adaptiert werden.

Alternativ kann zur Umsetzung die Kamera an einen UHF-Videomodulator angeschlossen werden, der das Video- und Tonsignal auf einen Kanal im Bereich der Fernsehkanäle von 28 bis 47 umsetzt. Mittels einer Weiche wird das Signal in die TV-Antennenanlage eingespeist und ist somit an allen angeschlossenen TV-Geräten und Videorekordern zu empfangen.


Funk

Ist eine Kabelverlegung nicht möglich und die Übertragungsstrecke nicht zu lang, können Standard-Überwachungskameras per Funk angebunden werden. Dazu wird die Kamera mit dem Sender und der Monitor mit dem Empfänger verbunden.


Monitore

Überwachungsmonitore sind speziell auf die hohen Anforderungen in Bezug auf die Auflösung bei der Kameraüberwachung ausgelegt. Die Monitore besitzen einen Videoeingang zur Verarbeitung des Kamerasignals und einen Videoausgang zum Durchschleifen des Videosignals. So ist der Anschluss von weiteren Monitoren möglich. Die Umschaltung des Abschlusswiderstandes geschieht mittels Schalter oder automatisch durch Zustecken weiterer Monitore. Nur am letzen Monitor wird dabei auf 75 Ohm geschaltet. Bei allen dazwischen liegenden Monitoren ist auf High zu schalten.

Einige Monitore besitzen zusätzlich einen Audioeingang zum Anschluss von Kameras mit Mikrofon. Bei der Auswahl eines Monitors liegt die erste Entscheidung zwischen s/w und Farbe. Die Auflösung einer s/w Darstellung ist grundsätzlich höher als die einer Farbdarstellung. Demgegenüber bietet die Farbdarstellung zusätzliche Informationen. Die höhere Auflösung an einem s/w Monitor kann nur in Verbindung mit einer s/w Kamera erreicht werden.

Die Größe des Monitors richtet sich nach den Ansprüchen in der Darstellung von Details und nach dem Aufstellungsort. Werden in Überwachungsanlagen mehrere Monitore nebeneinander aufgestellt, so ist ein Metallgehäuse erforderlich, um gegenseitige Beeinflussung auszuschließen.


Bilddarstellung, -Auswertung, -Dokumentation

In einer komplexen Überwachungsanlage werden meist mehrere Kameras auf einen oder mehreren Monitoren zusammen geschaltet. Um die verschiedenen Bilder richtig darzustellen und auslesen zu können, bieten sich mehrere Verfahren an:


Umschalter

Die preisgünstigen und einfach zu bedienenden Kameraumschalter werden häufig da eingesetzt, wo der Monitor ständig beobachtet werden kann. Sie sind sowohl für Schwarz/weiß-, als auch für Farb-Kameras einsetzbar. Bei Verwendung von Kameraumschaltern wird in einstellbaren Intervallen automatisch auf die angeschlossenen Kameras umgeschaltet und die betreffenden Bereiche nacheinander auf dem Monitor sichtbar gemacht. Dabei kann immer nur ein Kamerabereich zur gleichen Zeit beobachtet werden. Andere Bereiche bleiben dann für längere Zeit unbeobachtet. Über Schalter ist es möglich, einzelne Kameras bei Bedarf über einen längeren Zeitraum zum Monitor zu schalten oder auszublenden. Bei Kassenüberwachungen, Zutrittskontrollen und Diebstahlüberwachungen ist der Einsatz von Kameraumschaltern nicht sinnvoll.


Quad-Prozessor, Quadrantenteiler

Durch die digitale Bildverarbeitung des Quad-Prozessors ist es möglich bis zu 4 Kameras gleichzeitig auf dem Monitor darzustellen. Je nach eingesetztem Quad-Prozessor sind folgende Modi möglich:


  • Sequentiell-Modus
- Hier arbeitet der Kamerasplitter wie ein Umschalter. Es werden nacheinander alle Kameras als Vollbilddarstellung auf dem Monitor durchgeschaltet, wobei die Zeitintervalle einstellbar sind.
  • Einzelbild-Modus
- Jede Kamera kann einzeln angewählt und als Vollbild auf dem Monitor dargestellt werden.
  • Quad-Modus
- Die Monitorfläche wird in 4 gleiche Quadranten geteilt. Jede der 4 angeschlossenen Kameras ist gleichzeitig auf dem Monitor sichtbar.
  • Dual-Page-Modus
- Erweiterung des Quad-Modus. Bis zu 8 Kameras können über 2 umschaltbare Quadbildschirme angezeigt werden.


Darüber hinaus besteht bei der digitalen Bildverarbeitung die Möglichkeit der Freeze-Funktion. Dabei kann eine Momentaufnahme über einen längeren Zeitraum ausgewertet werden, während die anderen Kamerabilder weiterlaufen.

Quad-Prozessoren haben in der Regel zwei Ausgänge. Ein Ausgang zeigt das Quadbild und wird vorwiegend im Zusammenhang mit Rekordern genutzt. Der andere Ausgang zeigt den jeweils eingestellten Betriebsmodus.

Zusätzlich haben moderne Quad-Prozessoren eine Reihe von Alarmfunktionen. An den programmierbaren Eingangsbereich können externe Alarmgeber wie Bewegungsmelder oder Reedkontakte angeschlossen werden und bei Auslösung wird die entsprechende Kamera als Vollbild gezeigt. Ebenfalls können integrierte Video-Bewegungsmelder bei Änderung des Bildinhaltes einen Alarm auslösen. Ein potenzialfreier Relais-Umschaltkontakt bildet den in der Alarmdauer einstellbaren Alarmausgang.


Multiplexer

Ähnlich wie beim Quad-Umschalter können mehrere Kamerabilder (je nach Multiplexer bis zu 16 Kameras) gleichzeitig dargestellt werden. Jedoch werden bei der Videoaufnahme durch ein spezielles Verfahren alle Bilder im Vollbildmodus aufgenommen. Somit ist die Auflösung der aufgenommenen Bilder gegenüber dem Quad-Modus wesentlich höher. Die Bilder müssen jedoch über den gleichen Multiplexertyp wiedergegeben werden, über den sie aufgenommen wurden. Bei der Auswahl ist zwischen s/w und Farb-Multiplexern zu entscheiden. Von Vorteil ist ein Multiplexer nach dem Duplex Verfahren. Hier können durch zwei getrennte digitale Bildverarbeitungseinheiten während der Aufzeichnung auf einen Videorekorder die Kamerasignale gleichzeitig als Mehrfachbild auf dem Monitor dargestellt werden.

Für den Einsatz von Multiplexern erscheint die Verwendung eines großformatigen Monitors sinnvoll.

Multiplexer sind in der Regel ebenfalls mit Video-Bewegungssensoren und einer Reihe von Alarmfunktionen ausgestattet.


Langzeitrekorder Time-Lapse-Recorder

Standard-VHS-Videorekorder für den Home-TV-Bereich eignen sich nur in Ausnahmefällen für die Dokumentation von Vorfällen in der Videoüberwachung. Hierfür sind spezielle Langzeit-Videorekorder, die sogenannten Time-Lapse-Recorder einzusetzen. Diese Rekorder sind durch Vergrößerung der Bildabstände in der Lage bis zu 960 Stunden Aufnahmezeit (das sind immerhin 40 Tage) auf einem Band zu speichern. Dadurch entsteht jedoch auch ein Bildabstand von bis zu 6,4 Sekunden. Abhilfe schafft hier evt. ein Bewegungssensor, der bei Auslösung den Videorekorder auf Echtzeitbetrieb umschaltet. Nach einer einstellbaren Zeitdauer wird wieder auf Time-Lapse zurückgeschaltet. Ebenfalls kann der Rekorder so eingerichtet werden, dass er bei einer Alarmauslösung erst gestartet wird.

Es muss unbedingt beachtet werden, dass Time-Lapse-Recorder mit Ihrem Dauereinsatz und ihren beweglichen Teilen einem sehr hohen Verschleiß unterworfen sind. Spätestens nach 4000 bis 5000 Betriebsstunden sind die Videoköpfe verschlissen. Für die Videoüberwachung mit einem Langzeitrekorder muss daher ein Wartungsplan erstellt werden und die entstehenden Kosten schon im Vorfeld beachtet werden.


Digitalrekorder

Durch Einsatz von Digitalrekordern können die Nachteile beim Einsatz von Time-Lapse- Recordern eingeschränkt werden. Es müssen keine Verschleißteile kontrolliert und ausgetauscht werden. Darüber hinaus können wesentlich mehr Bilder pro Sekunde aufgezeichnet werden. Alarmfunktionen und Aufzeichnungen lassen sich wesentlich intensiver nutzen und die unterschiedlichsten Funktionen über ein On-Screen-Menü intelligent programmieren.


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