現代監控系統的功能早已超出了錄影的範圍。確定感興趣區域的運動、計數和識別人員和車輛、追蹤交通中的物體 - 如今，即使是最昂貴的 IP 攝影機也無法實現這一切。如果您擁有足夠高效的伺服器和必要的軟體，那麼安全基礎架構的可能性幾乎是無限的。但曾幾何時，這樣的系統甚至無法錄影。
從受電弓到機械電視
第一次遠距離傳輸影像的嘗試是在 1862 世紀下半葉進行的。 XNUMX 年，佛羅倫薩修道院院長喬瓦尼·卡塞利 (Giovanni Caselli) 發明了一種不僅可以透過電線傳輸圖像，還可以接收圖像的設備——受電弓。但稱該設備為「機械電視」有些誇張：事實上，這位義大利發明家創造了傳真機的原型。
喬瓦尼·卡塞利 (Giovanni Caselli) 創作的受電弓
卡塞利的電化學電報機的功能如下。傳輸的影像首先被「轉換」成合適的格式，在一塊錫箔上用非導電墨水重新繪製，然後用夾子固定在彎曲的銅基板上。金針充當讀取頭，以 0,5 毫米的步長逐行掃描金屬板。當針位於非導電墨水區域上方時，接地電路打開，電流供應到連接發射受電弓和接收受電弓的電線。同時，接收針在一張浸有明膠和六氰基鐵酸鉀混合物的厚紙上移動。在電流的影響下，連接變暗，從而形成影像。
這種設備有許多缺點，其中必須突出生產率低、需要接收器和發射器同步，其準確性取決於最終影像的質量，以及勞動強度和高維護成本高，因此受電弓的使用壽命極短。例如，莫斯科-聖彼得堡電報線上使用的卡塞利裝置運行了一年多一點：1年17月1866日投入運行，即兩國首都之間電報通訊開通的那一天，受電報機被拆除1868年初。
亞瑟·科恩 (Arthur Korn) 於 1902 年在俄羅斯物理學家亞歷山大·斯托萊托夫 (Alexander Stoletov) 發明的第一個光電管的基礎上發明了數位電報，事實證明它更加實用。該裝置於 17 年 1908 月 XNUMX 日聞名於世：這一天，在圖片電報的幫助下，一張罪犯的照片從巴黎警察局傳送到倫敦，警察隨後成功識別並拘留了襲擊者。
阿瑟·科恩和他的電視電報
這樣的裝置可以在攝影影像中提供良好的細節，並且不再需要特殊準備，但它仍然不適合即時傳輸圖片：處理一張照片大約需要 10-15 分鐘。但電視電報已經在法證科學以及新聞報導中紮根（警方成功地利用它在部門甚至國家之間傳輸照片、身份圖像和指紋）。
這一領域的真正突破發生在1909年：正是在那時，Georges Rin成功實現了每秒1幀刷新率的影像傳輸。由於遠攝設備有一個以硒光電管馬賽克為代表的“感測器”，其分辨率僅為 8 × 8“像素”，因此它從未超出實驗室的範圍。然而，它的出現本身就為影像廣播領域的進一步研究奠定了必要的基礎。
蘇格蘭工程師約翰·貝爾德在這一領域取得了真正的成功，他作為第一個成功實現遠距離實時傳輸圖像的人而載入史冊，這就是為什麼他被認為是機械“之父”電視（以及一般電視。一般）。考慮到貝爾德在實驗過程中差點喪命，在更換他發明的相機中的光伏電池時遭受了 2000 伏特的電擊，這個稱號絕對是實至名歸。
約翰·貝爾德，電視發明者
Baird 的創作使用了德國技術員 Paul Nipkow 於 1884 年發明的特殊磁碟。尼普科圓盤由不透明材料製成，具有許多直徑相等的孔，從圓盤中心以螺旋狀排列一圈，彼此之間的角距離相等，用於掃描圖像和形成圖像。在接收裝置上。
尼普科磁碟設備
鏡頭將物體的影像聚焦在旋轉圓盤的表面。光線穿過這些孔，照射到光電管上，將影像轉換為電訊號。由於這些孔呈螺旋狀排列，因此每個孔實際上都對鏡頭聚焦的影像的特定區域進行了逐行掃描。播放設備中也有完全相同的光碟，但其後面有一個強大的電燈，可以感應光線的波動，前面有一個放大鏡或透鏡系統，將影像投射到螢幕上。
機械電視系統的工作原理
貝爾德的裝置使用有 30 個孔的尼普科圓盤（因此，產生的影像只有 30 行的垂直掃描），並且可以以每秒 5 幀的頻率掃描物體。第一次成功傳輸黑白影像的實驗發生在 2 年 1925 月 XNUMX 日：工程師首次能夠將口技表演者假人的半色調影像從一個裝置傳輸到另一個裝置。
實驗期間，一名負責遞送重要信件的快遞員按了門鈴。受到成功的鼓舞，貝爾德抓住了這個灰心喪志的年輕人的手，帶他走進自己的實驗室：他急於評估他的創意如何應對傳輸人臉圖像。因此，20歲的威廉·愛德華·坦頓在正確的時間出現在正確的地點，成為歷史上第一個「登上電視」的人。
1927年，貝爾德首次透過電話線在倫敦和格拉斯哥（距離705公里）之間進行電視廣播。 1928年，工程師創立的貝爾德電視發展有限公司成功地在倫敦和哈茨代爾（紐約）之間進行了世界上首次跨大西洋電視訊號傳輸。 30 頻段貝爾德系統的功能展示是最好的廣告：早在 1929 年，它就被 BBC 採用，並在接下來的 6 年裡成功使用，直到被基於陰極射線管的更先進設備取代。
Iconscope－新時代的預兆
世界將陰極射線管的出現歸功於我們的前同胞弗拉基米爾·科茲米奇·茲沃里金。內戰期間，這位工程師站在白人運動一邊，並透過葉卡捷琳堡逃到鄂木斯克，在那裡從事廣播電台的設備工作。 1919年，茲沃里金到紐約出差。就在這時候，鄂木斯克行動發生了（1919年XNUMX月），結果是紅軍幾乎不戰而屈人之兵，佔領了這座城市。由於這位工程師無處可歸，他被迫移民，成為西屋電氣公司（現為哥倫比亞廣播公司）的一名員工，該公司當時已是美國領先的電氣工程公司之一，他同時從事以下領域的研究：遠距離影像傳輸領域。
弗拉基米爾‧科茲米奇‧茲沃里金 (Vladimir Kozmich Zvorykin)，聖像鏡的創造者
到 1923 年，工程師成功製造出第一台電視設備，該設備基於具有馬賽克光電陰極的發射電子管。然而，新當局並沒有認真對待這位科學家的工作，因此很長一段時間茲沃雷金不得不在資源極其有限的條件下獨自進行研究。直到1928 年，茲沃里金才有機會重返全職研究活動，當時這位科學家遇到了另一位來自俄羅斯的移民戴維·薩爾諾夫(David Sarnov)，後者當時擔任美國無線電公司( RCA) 副總裁。薩爾諾夫發現發明人的想法非常有前途，於是任命茲沃里金為 RCA 電子實驗室的負責人，事情開始了。
1929 年，弗拉基米爾·科茲米奇(Vladimir Kozmich) 展示了高真空電視管（顯像管）的工作原型，並於1931 年完成了接收設備的工作，他將其稱為“圖標鏡”（來自希臘文eikon - “圖像”和skopeo - “看”）。聖象鏡是一個真空玻璃燒瓶，裡面固定有一個光敏目標和與其成一定角度的電子槍。
聖象鏡示意圖
尺寸為 6 × 19 厘米的感光目標由薄絕緣體板（雲母）代表，在其一側塗有約 1 顆銀滴（每個尺寸為幾十微米），並塗有銫。 ，另一個是固體銀塗層，從其表面記錄輸出訊號。當目標在光電效應的影響下被照亮時，銀滴就會獲得正電荷，其大小取決於照明水平。
捷克國家技術博物館展出的原始聖象鏡
聖象鏡構成了第一個電子電視系統的基礎。它的出現使得顯著提高傳輸影像的品質成為可能，因為電視影像中的元素數量成倍增加：從第一個模型中的 300 × 400 像素到更先進模型中的 1000 × 1000 像素。儘管該裝置並非沒有缺點，包括靈敏度低（要進行全面拍攝，至少需要 10 勒克斯的照度）以及光軸與光束管軸不匹配導致的梯形失真，但 Zvorykin 的發明成為了視頻監控史上的重要里程碑，很大程度決定了未來產業發展的方向。
從「類比」到「數位」的路上
正如經常發生的那樣，軍事衝突促進了某些技術的發展，視訊監控也不例外。第二次世界大戰期間，第三帝國開始積極發展遠程彈道飛彈。然而，著名的「報復武器」V-2 的第一批原型機並不可靠：火箭經常在發射時爆炸或在起飛後不久墜落。由於原則上還不存在先進的遙測系統，確定故障原因的唯一方法是目視觀察發射過程，但這樣做風險極大。
佩內明德試驗場準備發射 V-2 彈道飛彈
為了讓飛彈開發商的任務變得更容易，同時又不讓他們的生命處於危險之中，德國電氣工程師沃爾特·布魯赫設計了所謂的閉路電視系統（閉路電視）。佩內明德訓練場安裝了必要的設備。德國電氣工程師的創造，讓科學家在2,5公里的安全距離觀察測試進展，而不必擔心自己的生命安全。
儘管有所有優點，布魯赫的視訊監控系統有一個非常明顯的缺點：它沒有視訊記錄設備，這意味著操作員一秒鐘都不能離開他的工作場所。這個問題的嚴重性可以透過我們這個時代的 IMS Research 進行的一項研究來評估。根據他的研究結果，一個身體健康、休息良好的人在僅僅觀察45分鐘後就會錯過高達12%的重要事件，而在22分鐘後這個數字將達到95%。如果在導彈測試領域這一事實沒有發揮特殊作用，因為科學家不需要一次坐在螢幕前幾個小時，那麼就安全系統而言，缺乏視頻記錄能力會嚴重影響他們的有效性。
這種情況一直持續到 1956 年，由我們的前同胞 Alexander Matveevich Ponyatov 再次創造的第一台錄影機 Ampex VR 1000 面世。和茲沃里金一樣，這位科學家也站在了白軍一邊，白軍戰敗後，他首先移居中國，在上海的一家電力公司工作了 7 年，然後在法國生活了一段時間，之後在1920年代末，他永久移居美國，並於1932 年獲得美國公民身份。
Alexander Matveevich Ponyatov 和世界上第一台錄影機 Ampex VR 1000 的原型
在接下來的12 年裡，波尼亞托夫先後在通用電氣、太平洋天然氣電力公司和達爾莫-維克多西屋公司等公司工作，但在1944 年，他決定自己創業並註冊了Ampex 電氣和製造公司。起初，Ampex 專門生產雷達系統的高精度驅動器，但戰後，公司的業務重新轉向更有前途的領域 - 磁錄音設備的生產。在1947年至1953年期間，波尼亞托夫的公司生產了幾種非常成功的錄音機型號，用於專業新聞領域。
1951年，波尼亞托夫和他的技術顧問查爾斯·金茲堡（Charles Ginzburg）、韋特·塞爾斯特德（Weiter Selsted）和米龍·斯托利亞羅夫（Miron Stolyarov）決定更進一步，開發視訊記錄設備。同年，他們創建了Ampex VR 1000B原型機，該原型機採用旋轉磁頭跨線記錄資訊的原理。這種設計使得能夠提供記錄頻率為幾兆赫茲的電視訊號所需的性能水準。
跨線錄影方案
1000年後，Apex VR 5系列首款商用機型發表。該設備發佈時售價為 50 萬美元，這在當時是一個天價。相較之下，同年發布的雪佛蘭克爾維特售價僅3000美元，暫時屬於跑車類。
設備成本高昂，長期以來一直制約視訊監控的發展。為了說明這一事實，可以說，為了準備泰國王室訪問倫敦，警方在特拉法加廣場只安裝了2個攝影機（這是為了確保國家高級官員的安全） ，在所有事件之後，安全系統被拆除。
英國女王伊莉莎白二世和愛丁堡公爵菲利普親王會見泰國國王普密蓬和詩麗吉王后
縮放、平移和開啟計時器功能的出現使得透過減少控制區域所需的設備數量來優化建置安全系統的成本成為可能，但是，此類專案的實施仍然需要大量的財務投資。例如，為奧利安市（紐約州）開發的城市視訊監控系統於 1968 年投入運行，市政府耗資 1,4 萬美元，部署耗時 2 年，儘管所有基礎設施均已建成僅由 8 個攝影機代表。當然，當時並沒有談論任何全天候錄製：錄影機只有在操作員的命令下才打開，因為膠片和設備本身都太昂貴，而且他們的操作是24/7是不可能的。
隨著 VHS 標準的傳播，一切都發生了變化，標準的出現要歸功於在 JVC 工作的日本工程師 Shizuo Takano。
高野靜雄，VHS 格式的創造者
此格式涉及使用方位記錄，即同時使用兩個視訊頭。它們各自記錄一個電視場，並在相反方向上與垂直方向偏離相同角度6°，這使得可以減少相鄰視頻軌道之間的串擾，並顯著減小它們之間的間隙，從而提高記錄密度。視訊頭位於直徑 62 毫米的鼓上，以 1500 rpm 的頻率旋轉。除了傾斜的視訊記錄軌道外，還沿著磁帶的上邊緣記錄了兩個音訊軌道，由保護間隙隔開。沿著磁帶的底部邊緣記錄包含幀同步脈衝的控制磁軌。
當使用 VHS 格式時，複合視訊訊號會寫入盒式磁帶上，這樣就可以透過單一通訊通道完成工作，並顯著簡化接收和傳輸裝置之間的切換。此外，與當年流行的 Betamax 和 U-matic 格式不同，Betamax 和 U-matic 格式使用帶有轉盤的 U 形磁帶裝載機構（這是所有以前的磁帶系統的典型特徵），VHS 格式基於新原理所謂的M - 加油站。
VHS 盒式磁帶中 M 填充磁性膠片的方案
磁帶的取出和裝載是透過兩個導叉進行的，每個導叉由一個垂直的滾輪和一個傾斜的圓柱形支架組成，這決定了磁帶在旋轉磁頭的磁鼓上的精確角度，從而保證了磁帶的傾斜度。錄影軌道到底邊。磁帶從磁鼓進入和退出的角度等於磁鼓旋轉平面相對於機構底座的傾斜角度，因此盒式磁帶的兩個捲軸處於同一平面。
M 加載機構變得更加可靠，有助於減少膠片上的機械負載。沒有旋轉平台簡化了盒式磁帶本身和錄影機的生產，這對其成本產生了積極影響。很大程度上得益於此，VHS在「格式之戰」中取得了壓倒性的勝利，讓視訊監控真正變得觸手可及。
攝影機也沒有停滯不前：具有陰極射線管的設備被基於 CCD 矩陣的型號所取代。後者的出現歸功於威拉德·博伊爾和喬治·史密斯，他們在 AT&T 貝爾實驗室從事半導體資料儲存設備的工作。在研究過程中，物理學家發現他們所創造的積體電路會受到光電效應的影響。早在 1970 年，Boyle 和 Smith 就推出了第一個線性光電偵測器（CCD 陣列）。
1973年，Fairchild開始大量生產解析度為100×100像素的CCD矩陣，1975年，柯達的Steve Sasson創建了第一台基於這種矩陣的數位相機。然而，它完全無法使用，因為形成影像的過程需要23秒，而隨後在8毫米盒式磁帶上的記錄時間要長一倍半。另外，相機的電源使用了16顆鎳鎘電池，整機重3,6公斤。
史蒂夫·薩森和柯達的第一台數位相機與現代傻瓜相機的比較
對數位相機市場發展的主要貢獻是索尼公司和當年領導美國索尼公司的岩間一夫親自做出的。正是他堅持投入大量資金開發自己的CCD晶片，因此公司早在1980年就推出了第一台彩色CCD攝影機XC-1。 1982年一雄過世後，他的墳墓上安置了一塊裝有CCD矩陣的墓碑。
岩間一夫，70年代美國索尼公司總裁
1996 年 200 月發生的一件事件的重要性可以與聖象鏡的發明相媲美。就在那時，瑞典公司Axis Communications推出了世界上第一台「具有網頁伺服器功能的數位相機」NetEye XNUMX。
Axis Neteye 200 - 世界上第一台 IP 攝影機
即使在發佈時，NetEye 200 也很難被稱為通常意義上的攝影機。該設備在所有方面都比同類產品遜色：其性能從 CIF 格式（1 × 352，或 288 MP）每秒 0,1 幀到 1CIF 格式（17 × 4，704 MP）每 576 秒 0,4 幀不等。 ，錄音幀甚至沒有保存在單獨的文件中，而是保存為JPEG 影像序列。然而，Axis創意的主要特點不是拍攝速度或圖片清晰度，而是其自己的ETRAX RISC處理器和內置10Base-T以太網端口的存在，這使得將相機直接連接到路由器成為可能或PC 網卡作為常規網路設備，並使用隨附的Java 應用程式進行控制。正是這種專業知識迫使許多視訊監控系統製造商從根本上重新考慮他們的觀點，並確定了多年來產業發展的總體方向。
更多機會 - 更多成本
儘管技術飛速發展，即使經過了這麼多年，財務方面的問題仍然是視訊監控系統設計的關鍵因素之一。儘管 NTP 大大降低了設備成本，但如今，只需幾百美元和幾個小時的實際運行時間，就可以組裝一個與 60 年代末在奧利安安裝的系統類似的系統。到時候，這樣的基礎設施就不再能夠滿足現代商業的多方面需求。
這主要是由於優先事項的轉變。如果說以前視訊監控僅用於確保保護區的安全，那麼如今行業發展的主要驅動力（根據透明市場研究）是零售，此類系統有助於解決各種行銷問題。一個典型的場景是根據訪客數量和通過收銀台的顧客數量來決定轉換率。如果我們添加一個臉部辨識系統，並將其與現有的忠誠度計劃集成，我們將能夠參考社會人口因素來研究客戶行為，以便隨後形成個人化優惠（個人折扣、優惠價格捆綁、 ETC。）。
問題在於，實施此類視訊分析系統需要大量資金和營運成本。這裡的絆腳石是客戶臉部辨識。在非接觸式支付過程中，在結帳處從正面掃描一個人的臉部是一回事，而在交通中（在銷售樓層）、從不同的角度和在不同的照明條件下進行掃描則完全是另一回事。在這裡，只有使用立體相機和機器學習演算法對人臉進行即時三維建模才能表現出足夠的有效性，這將導致整個基礎設施的負載不可避免地增加。
考慮到這一點，西部數據開發了監控核心到邊緣儲存的概念，為客戶提供「從攝影機到伺服器」的視訊記錄系統一整套現代解決方案。先進技術、可靠性、容量和性能的結合使您能夠建立和諧的生態系統，可以解決幾乎任何給定的問題，並優化其部署和維護成本。
我們公司的旗艦產品線是用於視訊監控系統的 WD Purple 系列專用硬碟，容量從 1 TB 到 18 TB。
Purple 系列硬碟專為高清視訊監控系統 XNUMX/XNUMX 使用而設計，並融合了 Western Digital 在硬碟技術方面的最新進展。
- HelioSeal 平台
容量從 8 TB 到 18 TB 的 WD Purple 系列舊型號基於 HelioSeal 平台。這些驅動器的外殼是絕對密封的，密封塊中填充的不是空氣，而是稀薄的氦氣。降低氣體環境和湍流指標的阻力可以減少磁板的厚度，並且由於磁頭定位精度提高（使用高級格式技術）而使用 CMR 方法實現更高的記錄密度。因此，升級到 WD Purple 可在相同機架中提供高達 75% 的容量提升，而無需擴展基礎設施。此外，氦氣驅動器透過降低旋轉主軸所需的功耗，比傳統 HDD 高 58% 的能源效率。透過降低空調成本還可以進一步節省成本：在相同負載下，WD Purple 比同類產品平均溫度低 5°C。
- AllFrame人工智慧技術
錄製過程中最輕微的中斷都可能導致關鍵視訊資料遺失，因此無法對接收到的資訊進行後續分析。為了防止這種情況，「purple」系列磁碟機的韌體中引入了對 ATA 協定的可選串流功能集部分的支援。在其功能中，有必要強調根據處理的視訊串流數量優化快取使用以及控制讀取/寫入命令執行優先級，從而最大限度地減少丟幀和圖像偽影出現的可能性。反過來，創新的 AllFrame AI 演算法集使得在處理大量同步流的系統中操作硬碟成為可能：WD Purple 硬碟支援同時操作 64 個高清攝像頭，並針對高負載視訊分析和深度優化進行了最佳化。學習系統。
- 限時錯誤恢復技術
使用高負載伺服器時的常見問題之一是由於超過允許的糾錯時間而導致 RAID 陣列自發性衰減。限時錯誤恢復選項有助於避免超時超過 7 秒時 HDD 關閉：為防止這種情況發生，驅動器將向 RAID 控制器發送相應的信號，之後糾正過程將推遲到系統空閒時。
- 西部數據設備分析監控系統
設計視訊監控系統時必須解決的關鍵任務是增加無故障運行時間並減少故障造成的停機時間。使用創新的西部數據設備分析 (WDDA) 軟體包，管理員可以存取有關驅動器狀態的各種參數、操作和診斷數據，從而使您能夠快速識別視訊監控系統操作中的任何問題，提前規劃維護並及時識別需要更換的硬碟。所有這些都有助於顯著提高安全基礎設施的容錯能力，並最大限度地減少失去關鍵資料的可能性。
Western Digital 專為現代數位相機開發了一系列高度可靠的 WD Purple 記憶卡。擴展的重寫資源和對負面環境影響的抵抗力使這些卡可用於內部和外部閉路電視攝影機的設備，以及用作自主安全系統的一部分，其中 microSD 卡充當主要數據存儲設備。
目前，WD Purple記憶卡系列包括兩個產品線：WD Purple QD102和WD Purple SC QD312 Extreme Endurance。第一個包括閃存驅動器的四種修改，範圍從 32 GB 到 256 GB。與消費性解決方案相比，WD Purple 透過引入許多重要改進專門適應現代數位視訊監控系統：
- 防潮性（該產品可承受淡水或鹽水中 1 公尺深的浸沒）和擴展的工作溫度範圍（從 -25 °C 至 +85 °C）使得 WD Purple 卡可以同樣有效地用於裝備無論天氣和氣候條件如何，室內和室外設備都可以進行錄影；
- 抗靜電磁場的能力高達 5000 高斯，抗強烈振動和衝擊的能力高達 500 g，即使攝影機損壞，也完全消除了失去關鍵資料的可能性；
- 保證 1000 次編程/擦除週期的資源使您可以將記憶卡的使用壽命延長很多倍，即使在全天候記錄模式下也是如此，從而顯著降低維護安全系統的管理費用；
- 遠端監控功能有助於快速監控每張卡的狀態並更有效地規劃維護工作，這意味著進一步提高安全基礎設施的可靠性；
- WD Purple 卡符合 UHS Speed Class 3 和 Video Speed Class 30（適用於 128 GB 或以上記憶卡），適用於高畫質攝影機，包括全景型號。
WD Purple SC QD312 Extreme Endurance 系列包括三種型號：64、128 和 256 GB。與WD Purple QD102 不同，這些記憶卡可以承受更大的負載：它們的工作壽命為3000 個P/E 週期，這使得這些閃存驅動器成為在24/7 進行記錄的高度保護設施中使用的理想解決方案。
來源： www.habr.com