现代监控系统的功能早已超出了视频录制本身的范围。 确定感兴趣区域的运动、计数和识别人员和车辆、跟踪交通中的物体 - 如今，即使是最昂贵的 IP 摄像机也无法实现这一切。 如果您拥有足够高效的服务器和必要的软件，那么安全基础设施的可能性几乎是无限的。 但曾几何时，这样的系统甚至无法录制视频。
从受电弓到机械电视
第一次远距离传输图像的尝试是在 1862 世纪下半叶进行的。 XNUMX 年，佛罗伦萨修道院院长乔瓦尼·卡塞利 (Giovanni Caselli) 发明了一种不仅可以通过电线传输图像，还可以接收图像的设备——受电弓。 但称该设备为“机械电视”有些夸张：事实上，意大利发明家创造了传真机的原型。
乔瓦尼·卡塞利 (Giovanni Caselli) 设计的受电弓
卡塞利的电化学电报机的功能如下。 传输的图像首先被“转换”成合适的格式，在一块锡箔上用非导电墨水重新绘制，然后用夹子固定在弯曲的铜基板上。 金针充当读取头，以 0,5 毫米的步长逐行扫描金属板。 当针位于非导电墨水区域上方时，接地电路打开，电流供应到连接发射受电弓和接收受电弓的电线。 与此同时，接收针在一张浸有明胶和六氰基铁酸钾混合物的厚纸上移动。 在电流的影响下，连接变暗，从而形成图像。
这种设备有很多缺点，其中必须突出生产率低、需要接收器和发射器同步，其准确性取决于最终图像的质量，以及劳动强度和高维护成本高，因此受电弓的使用寿命极短。 例如，莫斯科-圣彼得堡电报线上使用的卡塞利装置运行了一年多一点：1年17月1866日投入运行，即两国首都之间电报通信开通的那一天，受电报机被拆除1868年初。
亚瑟·科恩 (Arthur Korn) 于 1902 年在俄罗斯物理学家亚历山大·斯托莱托夫 (Alexander Stoletov) 发明的第一个光电管的基础上发明了数字电报，事实证明它更加实用。 该装置于 17 年 1908 月 XNUMX 日闻名于世：这一天，在图片电报的帮助下，一张罪犯的照片从巴黎警察局传送到伦敦，警察随后成功识别并拘留了袭击者。
阿瑟·科恩和他的电视电报
这样的装置可以在摄影图像中提供良好的细节，并且不再需要特殊准备，但它仍然不适合实时传输图片：处理一张照片大约需要 10-15 分钟。 但电视电报已经在法证科学以及新闻报道中扎根（警方成功地利用它在部门甚至国家之间传输照片、身份图像和指纹）。
这一领域的真正突破发生在1909年：正是在那时，Georges Rin成功实现了每秒1帧刷新率的图像传输。 由于远摄设备有一个以硒光电管马赛克为代表的“传感器”，其分辨率仅为 8 × 8“像素”，因此它从未超出实验室的范围。 然而，它的出现本身就为图像广播领域的进一步研究奠定了必要的基础。
苏格兰工程师约翰·贝尔德在这一领域取得了真正的成功，他作为第一个成功实现远距离实时传输图像的人而载入史册，这就是为什么他被认为是机械“之父”电视（以及一般电视。一般）。 考虑到贝尔德在实验过程中差点丧命，在更换他发明的相机中的光伏电池时遭受了 2000 伏的电击，这个称号绝对是实至名归。
约翰·贝尔德，电视发明者
Baird 的创作使用了德国技术员 Paul Nipkow 于 1884 年发明的特殊磁盘。 尼普科圆盘由不透明材料制成，具有许多直径相等的孔，从圆盘中心以螺旋状排列一圈，彼此之间的角距离相等，用于扫描图像和形成图像。在接收装置上。
尼普科磁盘设备
镜头将物体的图像聚焦在旋转圆盘的表面上。 光线穿过这些孔，照射到光电管上，从而将图像转换为电信号。 由于这些孔呈螺旋状排列，因此每个孔实际上都对镜头聚焦的图像的特定区域进行了逐行扫描。 播放设备中也有完全相同的光盘，但其后面有一个强大的电灯，可以感应光线的波动，前面有一个放大镜或透镜系统，将图像投射到屏幕上。
机械电视系统的工作原理
贝尔德的设备使用有 30 个孔的尼普科圆盘（因此，生成的图像只有 30 行的垂直扫描），并且可以以每秒 5 帧的频率扫描物体。 第一次成功传输黑白图像的实验发生在 2 年 1925 月 XNUMX 日：工程师首次能够将口技表演者假人的半色调图像从一个设备传输到另一个设备。
实验期间，一名负责递送重要信件的快递员按响了门铃。 受到成功的鼓舞，贝尔德抓住了这位灰心丧气的年轻人的手，带他走进自己的实验室：他急于评估他的创意如何应对传输人脸图像。 因此，20岁的威廉·爱德华·坦顿在正确的时间出现在正确的地点，成为历史上第一个“登上电视”的人。
1927年，贝尔德首次通过电话线在伦敦和格拉斯哥（相距705公里）之间进行电视广播。 1928年，工程师创立的贝尔德电视发展有限公司成功地在伦敦和哈茨代尔（纽约）之间进行了世界上首次跨大西洋电视信号传输。 事实证明，贝尔德 30 频段系统的功能展示是最好的广告：早在 1929 年，它就被 BBC 采用，并在接下来的 6 年里成功使用，直到被基于阴极射线管的更先进的设备所取代。
Iconscope——新时代的预兆
世界将阴极射线管的出现归功于我们的前同胞弗拉基米尔·科兹米奇·兹沃里金。 内战期间，这位工程师站在白人运动一边，通过叶卡捷琳堡逃到鄂木斯克，在那里从事广播电台的设备工作。 1919年，兹沃里金去纽约出差。 就在这个时候，鄂木斯克行动发生了（1919年XNUMX月），其结果是红军几乎不战而屈人之兵，占领了这座城市。 由于工程师无处可归，他被迫移民，成为西屋电气公司（现为哥伦比亚广播公司）的一名员工，该公司当时已是美国领先的电气工程公司之一，他同时从事以下领域的研究：远距离图像传输领域。
弗拉基米尔·科兹米奇·兹沃里金 (Vladimir Kozmich Zvorykin)，圣像镜的创造者
到 1923 年，工程师成功制造出第一台电视设备，该设备基于带有马赛克光电阴极的发射电子管。 然而，新当局并没有认真对待这位科学家的工作，因此很长一段时间兹沃雷金不得不在资源极其有限的条件下独自进行研究。 直到 1928 年，兹沃里金才有机会重返全面的研究活动，当时这位科学家遇到了另一位来自俄罗斯的移民戴维·萨尔诺夫 (David Sarnov)，后者当时担任美国无线电公司 (RCA) 的副总裁。 萨尔诺夫发现发明人的想法非常有前途，于是任命兹沃里金为 RCA 电子实验室的负责人，事情开始了。
1929 年，弗拉基米尔·科兹米奇 (Vladimir Kozmich) 展示了高真空电视管（显像管）的工作原型，并于 1931 年完成了接收设备的工作，他将其称为“图标镜”（来自希腊语 eikon - “图像”和 skopeo - “看”）。 圣象镜是一个真空玻璃烧瓶，里面固定有一个光敏目标和与其成一定角度的电子枪。
圣象镜示意图
尺寸为 6 × 19 厘米的感光目标由薄绝缘体板（云母）代表，在其一侧涂有约 1 颗银滴（每个尺寸为几十微米），并涂有铯。 ，另一个是固体银涂层，从其表面记录输出信号。 当目标在光电效应的影响下被照亮时，银滴就会获得正电荷，其大小取决于照明水平。
捷克国家技术博物馆展出的原始圣象镜
圣象镜构成了第一个电子电视系统的基础。 它的出现使得显着提高传输图像的质量成为可能，因为电视图像中的元素数量成倍增加：从第一个模型中的 300 × 400 像素到更先进模型中的 1000 × 1000 像素。 尽管该装置并非没有缺点，包括灵敏度低（要进行全面拍摄，至少需要 10 勒克斯的照度）以及光轴与光束管轴不匹配导致的梯形失真，但 Zvorykin 的发明成为了视频监控史上的重要里程碑，很大程度上决定了未来行业发展的方向。
从“模拟”到“数字”的路上
正如经常发生的那样，军事冲突促进了某些技术的发展，视频监控也不例外。 第二次世界大战期间，第三帝国开始积极发展远程弹道导弹。 然而，著名的“报复武器”V-2 的第一批原型机并不可靠：火箭经常在发射时爆炸或在起飞后不久坠落。 由于原则上还不存在先进的遥测系统，确定故障原因的唯一方法是目视观察发射过程，但这样做风险极大。
佩内明德试验场 V-2 弹道导弹发射准备工作
为了让导弹开发商的任务变得更容易，同时又不让他们的生命处于危险之中，德国电气工程师沃尔特·布鲁赫设计了所谓的闭路电视系统（闭路电视）。 佩内明德训练场安装了必要的设备。 德国电气工程师的创造，让科学家能够在2,5公里的安全距离观察测试进展，而不必担心自己的生命安全。
尽管有所有优点，布鲁赫的视频监控系统有一个非常明显的缺点：它没有视频记录设备，这意味着操作员一秒钟都不能离开他的工作场所。 这个问题的严重性可以通过我们这个时代的 IMS Research 进行的一项研究来评估。 根据他的研究结果，一个身体健康、休息良好的人在仅仅观察45分钟后就会错过高达12%的重要事件，而在22分钟后这个数字将达到95%。 如果在导弹测试领域这一事实没有发挥特殊作用，因为科学家不需要一次坐在屏幕前几个小时，那么就安全系统而言，缺乏视频记录能力会严重影响他们的有效性。
这种情况一直持续到 1956 年，由我们的前同胞 Alexander Matveevich Ponyatov 再次创造的第一台录像机 Ampex VR 1000 面世。 和兹沃里金一样，这位科学家也站在了白军一边，白军战败后，他首先移居中国，在上海的一家电力公司工作了 7 年，然后在法国生活了一段时间，之后在1920 年代末，他永久移居美国，并于 1932 年获得美国公民身份。
Alexander Matveevich Ponyatov 和世界上第一台录像机 Ampex VR 1000 的原型
在接下来的 12 年里，波尼亚托夫先后在通用电气、太平洋天然气电力公司和达尔莫-维克多西屋公司等公司工作，但在 1944 年，他决定自己创业并注册了 Ampex 电气和制造公司。 起初，Ampex 专门生产雷达系统的高精度驱动器，但战后，公司的业务重新转向更有前途的领域 - 磁录音设备的生产。 1947年至1953年期间，波尼亚托夫的公司生产了几种非常成功的录音机型号，用于专业新闻领域。
1951年，波尼亚托夫和他的首席技术顾问查尔斯·金兹堡（Charles Ginzburg）、韦特·塞尔斯特德（Weiter Selsted）和米龙·斯托利亚罗夫（Miron Stolyarov）决定更进一步，开发一种视频记录设备。 同年，他们创建了Ampex VR 1000B原型机，该原型机采用旋转磁头跨线记录信息的原理。 这种设计使得能够提供记录频率为几兆赫兹的电视信号所需的性能水平。
跨线录像方案
1000年后，Apex VR 5系列首款商用机型发布。 该设备发布时售价为 50 万美元，这在当时是一个天价。 相比之下，同年发布的雪佛兰克尔维特售价仅为3000美元，暂时属于跑车类别。
设备成本高昂，长期以来一直制约着视频监控的发展。 为了说明这一事实，可以说，为了准备泰国王室访问伦敦，警方在特拉法加广场只安装了2个摄像机（这是为了确保国家高级官员的安全） ，在所有事件之后，安全系统被拆除。
英国女王伊丽莎白二世和爱丁堡公爵菲利普亲王会见泰国国王普密蓬和诗丽吉王后
缩放、平移和打开计时器功能的出现使得通过减少控制区域所需的设备数量来优化构建安全系统的成本成为可能，但是，此类项目的实施仍然需要大量的财务投资。 例如，为奥利安市（纽约州）开发的城市视频监控系统于 1968 年投入运行，市政府耗资 1,4 万美元，部署耗时 2 年，尽管所有基础设施均已建成仅由 8 个摄像机代表。 当然，当时并没有谈论任何全天候录制：录像机只有在操作员的命令下才打开，因为胶片和设备本身都太昂贵，而且他们的操作是24/7是不可能的。
随着 VHS 标准的传播，一切都发生了变化，该标准的出现要归功于在 JVC 工作的日本工程师 Shizuo Takano。
高野静雄，VHS 格式的创造者
该格式涉及使用方位记录，即同时使用两个视频头。 它们各自记录一个电视场，并在相反方向上与垂直方向偏离相同角度6°，这使得可以减少相邻视频轨道之间的串扰，并显着减小它们之间的间隙，从而提高记录密度。 视频头位于直径为 62 毫米的鼓上，以 1500 rpm 的频率旋转。 除了倾斜的视频记录轨道外，还沿着磁带的上边缘记录了两个音频轨道，由保护间隙隔开。 沿着磁带的底部边缘记录包含帧同步脉冲的控制磁道。
当使用 VHS 格式时，复合视频信号被写入盒式磁带上，这样就可以通过单个通信通道完成工作，并显着简化接收和传输设备之间的切换。 此外，与当年流行的 Betamax 和 U-matic 格式不同，Betamax 和 U-matic 格式使用带有转盘的 U 形磁带装载机构（这是所有以前的磁带系统的典型特征），VHS 格式基于新原理所谓的M - 加油站。
VHS 盒式磁带中 M 填充磁性胶片的方案
磁带的取出和装载是通过两个导叉进行的，每个导叉由一个垂直的滚轮和一个倾斜的圆柱形支架组成，这决定了磁带在旋转磁头的磁鼓上的精确角度，从而保证了磁带的倾斜度。视频录制轨道到底边。 磁带从磁鼓进入和退出的角度等于磁鼓旋转平面相对于机构底座的倾斜角度，因此盒式磁带的两个卷轴处于同一平面。
M 加载机构变得更加可靠，有助于减少胶片上的机械负载。 没有旋转平台简化了盒式磁带本身和录像机的生产，这对其成本产生了积极影响。 很大程度上得益于此，VHS在“格式之战”中取得了压倒性的胜利，让视频监控真正变得触手可及。
摄像机也没有停滞不前：带有阴极射线管的设备被基于 CCD 矩阵的型号所取代。 后者的出现归功于威拉德·博伊尔和乔治·史密斯，他们在 AT&T 贝尔实验室从事半导体数据存储设备的工作。 在研究过程中，物理学家发现他们创建的集成电路会受到光电效应的影响。 早在 1970 年，Boyle 和 Smith 就推出了第一个线性光电探测器（CCD 阵列）。
1973年，Fairchild开始批量生产分辨率为100×100像素的CCD矩阵，1975年，柯达的Steve Sasson创建了第一台基于这种矩阵的数码相机。 然而，它完全无法使用，因为形成图像的过程需要23秒，而随后在8毫米盒式磁带上的记录时间要长一倍半。 另外，相机的电源使用了16节镍镉电池，整机重3,6公斤。
史蒂夫·萨森和柯达的第一台数码相机与现代傻瓜相机的比较
对数码相机市场发展的主要贡献是索尼公司和当年领导美国索尼公司的岩间一夫亲自做出的。 正是他坚持投入巨资开发自己的CCD芯片，因此公司早在1980年就推出了第一台彩色CCD摄像机XC-1。 1982年一雄去世后，他的坟墓上安放了一块装有CCD矩阵的墓碑。
岩间一夫，70世纪XNUMX年代美国索尼公司总裁
1996 年 200 月发生的一件事件的重要性可以与圣象镜的发明相媲美。 就在那时，瑞典公司Axis Communications推出了世界上第一台“具有网络服务器功能的数码相机”NetEye XNUMX。
Axis Neteye 200 - 世界上第一台 IP 摄像机
即使在发布时，NetEye 200 也很难被称为通常意义上的摄像机。 该设备在所有方面都比同类产品逊色：其性能从 CIF 格式（1 × 352，或 288 MP）每秒 0,1 帧到 1CIF 格式（17 × 4，704 MP）每 576 秒 0,4 帧不等。 ，录音甚至没有保存在单独的文件中，而是保存为 JPEG 图像序列。 然而，Axis创意的主要特点不是拍摄速度或图片清晰度，而是其自己的ETRAX RISC处理器和内置10Base-T以太网端口的存在，这使得将相机直接连接到路由器成为可能或 PC 网卡作为常规网络设备，并使用附带的 Java 应用程序对其进行控制。 正是这种专业知识迫使许多视频监控系统制造商从根本上重新考虑他们的观点，并确定了多年来行业发展的总体方向。
更多机会 - 更多成本
尽管技术飞速发展，即使经过了这么多年，财务方面的问题仍然是视频监控系统设计的关键因素之一。 尽管 NTP 大大降低了设备成本，但如今，只需几百美元和几个小时的实际运行时间，就可以组装一个与 60 年代末在奥利安安装的系统类似的系统。到时候，这样的基础设施就不再能够满足现代商业的多方面需求。
这主要是由于优先事项的转变。 如果说以前视频监控仅用于确保保护区的安全，那么如今行业发展的主要驱动力（根据透明市场研究）是零售，此类系统有助于解决各种营销问题。 一个典型的场景是根据访客数量和通过收银台的顾客数量来确定转化率。 如果我们添加一个面部识别系统，并将其与现有的忠诚度计划集成，我们将能够参考社会人口因素来研究客户行为，以便随后形成个性化优惠（个人折扣、优惠价格捆绑、 ETC。）。
问题在于，实施此类视频分析系统需要大量资金和运营成本。 这里的绊脚石是客户面部识别。 在非接触式支付过程中，在结帐处从正面扫描一个人的脸部是一回事，而在交通中（在销售楼层）、从不同的角度和在不同的照明条件下进行扫描则完全是另一回事。 在这里，只有使用立体相机和机器学习算法对人脸进行实时三维建模才能表现出足够的有效性，这将导致整个基础设施的负载不可避免地增加。
考虑到这一点，西部数据开发了监控核心到边缘存储的概念，为客户提供“从摄像机到服务器”的视频录制系统一整套现代解决方案。 先进技术、可靠性、容量和性能的结合使您能够构建一个和谐的生态系统，可以解决几乎任何给定的问题，并优化其部署和维护成本。
我们公司的旗舰产品线是用于视频监控系统的 WD Purple 系列专用硬盘，容量从 1 TB 到 18 TB。
Purple 系列硬盘专为高清视频监控系统 XNUMX/XNUMX 使用而设计，并融合了 Western Digital 在硬盘技术方面的最新进展。
- HelioSeal 平台
容量从 8 TB 到 18 TB 的 WD Purple 系列旧型号基于 HelioSeal 平台。 这些驱动器的外壳是绝对密封的，密封块中填充的不是空气，而是稀薄的氦气。 降低气体环境和湍流指标的阻力可以减少磁板的厚度，并且由于磁头定位精度提高（使用高级格式技术）而使用 CMR 方法实现更高的记录密度。 因此，升级到 WD Purple 可在相同机架中提供高达 75% 的容量提升，而无需扩展基础设施。 此外，氦气驱动器通过减少旋转主轴所需的功耗，比传统 HDD 高 58% 的能源效率。 通过降低空调成本还可以进一步节省成本：在相同负载下，WD Purple 比同类产品平均温度低 5°C。
- AllFrame人工智能技术
录制过程中最轻微的中断都可能导致关键视频数据丢失，从而无法对接收到的信息进行后续分析。 为了防止这种情况，“purple”系列驱动器的固件中引入了对 ATA 协议的可选流媒体功能集部分的支持。 在其功能中，有必要强调根据处理的视频流数量优化缓存使用以及控制读/写命令执行优先级，从而最大限度地减少丢帧和图像伪影出现的可能性。 反过来，创新的 AllFrame AI 算法集使得在处理大量同步流的系统中操作硬盘成为可能：WD Purple 硬盘支持同时操作 64 个高清摄像头，并针对高负载视频分析和深度优化进行了优化。学习系统。
- 限时错误恢复技术
使用高负载服务器时的常见问题之一是由于超过允许的纠错时间而导致 RAID 阵列自发衰减。 限时错误恢复选项有助于避免超时超过 7 秒时 HDD 关闭：为防止这种情况发生，驱动器将向 RAID 控制器发送相应的信号，之后纠正过程将推迟到系统空闲时。
- 西部数据设备分析监控系统
设计视频监控系统时必须解决的关键任务是增加无故障运行时间并减少因故障造成的停机时间。 使用创新的西部数据设备分析 (WDDA) 软件包，管理员可以访问有关驱动器状态的各种参数、操作和诊断数据，从而使您能够快速识别视频监控系统操作中的任何问题，提前计划维护并及时识别需要更换的硬盘。 所有这些都有助于显着提高安全基础设施的容错能力，并最大限度地减少丢失关键数据的可能性。
Western Digital 专为现代数码相机开发了一系列高度可靠的 WD Purple 存储卡。 扩展的重写资源和对负面环境影响的抵抗力使这些卡可用于内部和外部闭路电视摄像机的设备，以及用作自主安全系统的一部分，其中 microSD 卡充当主要数据存储设备。
目前，WD Purple存储卡系列包括两个产品线：WD Purple QD102和WD Purple SC QD312 Extreme Endurance。 第一个包括闪存驱动器的四种修改，范围从 32 GB 到 256 GB。 与消费类解决方案相比，WD Purple 通过引入许多重要改进专门适应现代数字视频监控系统：
- 防潮性（该产品可承受淡水或盐水中 1 米深的浸没）和扩展的工作温度范围（从 -25 °C 至 +85 °C）使得 WD Purple 卡可以同样有效地用于装备无论天气和气候条件如何，室内和室外设备都可以进行视频录制；
- 抗静电磁场的能力高达 5000 高斯，抗强烈振动和冲击的能力高达 500 g，即使摄像机损坏，也完全消除了丢失关键数据的可能性；
- 保证 1000 次编程/擦除周期的资源使您可以将存储卡的使用寿命延长很多倍，即使在全天候记录模式下也是如此，从而显着降低维护安全系统的管理费用；
- 远程监控功能有助于快速监控每张卡的状态并更有效地规划维护工作，这意味着进一步提高安全基础设施的可靠性；
- WD Purple 卡符合 UHS Speed Class 3 和 Video Speed Class 30（适用于 128 GB 或以上存储卡），适用于高清摄像机，包括全景型号。
WD Purple SC QD312 Extreme Endurance 系列包括三种型号：64、128 和 256 GB。 与 WD Purple QD102 不同，这些存储卡可以承受更大的负载：它们的工作寿命为 3000 个 P/E 周期，这使得这些闪存驱动器成为在 24/7 进行记录的高度保护设施中使用的理想解决方案。
来源： habr.com