Công nghệ giám sát sử dụng camera ứng dụng thiết kế hệ thống giám sát cho các siêu thị

LÊ VĂN THANH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
---------------

KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

CÔNG NGHỆ GIÁM SÁT SỬ DỤNG
CAMERA ỨNG DỤNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG
GIÁM SÁT CHO CÁC SIÊU THỊ

LÊ VĂN THANH
2018 - 2020
HÀ NỘI - NĂM 2021


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
---------------

LUẬN VĂN THẠC SỸ
CÔNG NGHỆ GIÁM SÁT SỬ DỤNG
CAMERA ỨNG DỤNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG
GIÁM SÁT CHO CÁC SIÊU THỊ

LÊ VĂN THANH

Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
Mã ngành: 8520203

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VŨ SƠN

HÀ NỘI - NĂM 2021


LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu và làm việc khẩn trương dưới sự hướng dẫn tận tình
của TS. Nguyễn Vũ Sơn luận văn này đã được hồn thành.
Tơi chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Vũ Sơn đã trực tiếp hướng dẫn tơi hồn thành
luận văn này. Tơi cũng bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Khoa sau đại học, các thầy
giáo, cô giáo - Trường đại học Mở Hà Nội, đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong việc thực
hiện điều tra, tìm hiểu về các kiến thức chun mơn, tài liệu nghiên cứu để tơi có thể
hồn thành tốt nhiệm vụ của mình.
Tơi cũng chân thành cảm ơn tất cả bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã dành tình
cảm, động viên, tạo điều kiện để tơi đạt được kết quả như ngày hơm nay.
Trong q trình nghiên cứu, luận văn khơng tránh khỏi khiếm khuyết. Kính mong
sự chỉ dẫn và góp ý của các thầy giáo, cô giáo và các đồng nghiệp để kết quả nghiên cứu
tiếp theo được hoàn thiện hơn.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2021

Học viên

Lê Văn Thanh

2


LỜI CAM ĐOAN
Sau gần hai năm học tôi lựa chọn đề tài “Công nghệ giám sát sử dụng Camera và
ứng dụng thiết kế hệ thống giám sát cho các siêu thị” làm đề tài luận văn tốt nghiệp. Đến
nay tôi đã hoàn thành xong đề tài, đây là kết quả nỗ lực của bản thân và sự hướng dẫn
tận tình của TS.Nguyễn Vũ Sơn.
Tơi cam đoan những gì mà tơi viết trong luận văn này là do sự tìm hiểu và nghiên
cứu của bản thân; mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của các tác giả khác nếu có
đều được trích dẫn nguồn gốc cụ thể.
Luận văn này là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi, cho đến nay chưa đượcbảo
vệ tại bất kỳ một hội đồng bảo vệ luận văn thạc sỹ nào và chưa được công bố trên bất kỳ
một phương tiện thông tin nào.
Tôi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về những gì mà tơi đã cam đoan ở trên đây.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2021

Học viên

Lê Văn Thanh

3


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. 0
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ 3
MỤC LỤC ........................................................................................................................ 4
DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................................... 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.......................................................................................... 6
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 8
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG GIÁM SÁT DÙNG CAMERA .. 10
1.1. Khái niệm Camera .................................................................................. 10
1.2. Phân loại camera giám sát ...................................................................... 11
1.2.1. Phân loại theo kỹ thuật đường truyền .............................................. 11
1.2.2. Phân loại theo kỹ thuật hình ảnh ...................................................... 13
1.2.3. Phân loại theo công nghệ cảm biến ................................................. 14
1.2.4. Phân loại theo tính năng sử dụng ..................................................... 16
1.3. Ứng dụng của camera ............................................................................. 19
1.3.1. Lĩnh vực nghiên cứu không gian ..................................................... 20
1.3.2. Lĩnh vực thám hiểm các đại dương và địa tầm trái đất ................... 21
1.3.3. Lĩnh vực quân sự và an ninh ............................................................ 21
1.3.4. Lĩnh vực y tế .................................................................................... 22
1.3.5. Lĩnh vực giao thông ......................................................................... 23
1.3.6. Lĩnh vực giáo dục ............................................................................ 23
1.3.7. Ứng dụng trong cuộc sống ............................................................... 24
1.4. Kết luận chương 1 ..................................................................................... 24
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CAMERA IP VÀ MƠ HÌNH TCP/IP ................................ 25
2.1. Mơ hình TCP/IP ..................................................................................... 25
2.1.1. Tổng quát về TCP/IP ....................................................................... 25
2.1.2. Giao thức TCP/UDP ........................................................................ 28
4

2.2.3. Giao thức IP (Internet Protocol) ...................................................... 33
2.2. Camera IP ............................................................................................... 37
2.2.1. Khái niệm và lịch sử phát triển ........................................................ 37
2.2.2. Cấu tạo ............................................................................................. 38
2.2.3. Nguyên lý hoạt động ........................................................................ 41
2.2.4. Các thông số kỹ thuật....................................................................... 42
2.2.5. Ưu nhược điểm của camera IP......................................................... 43
2.3. Kết luận chương 2 .................................................................................. 44
CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHO SIÊU
THỊ THÀNH ĐÔ ........................................................................................................... 45
3.1. Thực trạng .............................................................................................. 45
3.2. Một số mơ hình hoạt động ...................................................................... 45
3.2.1. Mơ hình hệ thống đơn giản .............................................................. 45
3.2.2. Mơ hình hệ thống kết hợp ................................................................ 47
3.2.3. Mơ hình hệ thống tích hợp cơng nghệ cao....................................... 48
3.2.4. Mơ hình hệ thống ma trận ................................................................ 49
3.2.5. Mơ hình hệ thống camera IP ............................................................ 50
3.3. Giải pháp thiết kế mơ hình giám sát từ xa .............................................. 51
3.3.1. Đặc tả hệ thống ................................................................................ 51
3.3.2. Phân tích hệ thống............................................................................ 51
3.3.3. Thiết kế hệ thống ............................................................................. 54
3.3.4 Triển khai hệ thống ........................................................................... 58
3.3.5

Kết quả thực hiện ................................................................................ 62

3.4. Kết luận chương 3 .................................................................................. 64
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..................................................................... 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 66

5


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Tiêu cự của ống kính ..................................................................................... 39
Bảng 2.2: Góc quan sát .................................................................................................. 43
Bảng 3.1Bảng so sánh các loại camera .......................................................................... 61

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu tạo trong cơ bản ...................................................................................... 10
Hình 1.2 Camera giám sát có dây và đầu ghi hình ........................................................ 12
Hình 1.3: Camera khơng dây ......................................................................................... 12
Hình 1.4: Hệ thống camera CCTV ................................................................................. 14
Hình 1.5: Hệ thống camera IP ........................................................................................ 14
Hình 1.6: Camera CCD .................................................................................................. 15
Hình 1.7: Camera CMOS ............................................................................................... 16
Hình 1.8: Mini Camera .................................................................................................. 17
Hình 1.6: Camera áp trần ............................................................................................... 17
Hình 1.7: Speed - Dome Camera ................................................................................... 18
Hình 1.8: Camera quan sát hồng ngoại .......................................................................... 18
Hình 1.9: Camera 3D ..................................................................................................... 19
Hình 1.10: Camera 3D tí hon ......................................................................................... 19
Hình 2.1: mơ tình TCP/IP .............................................................................................. 25
Hình 2.2: Mơ hình tham chiếu OSI ................................................................................ 26
Hình 2.3: Cấu trúc gói tin TCP ...................................................................................... 29
Hình 2.9: Ba bước bắt đầu kết nối TCP ......................................................................... 31
Hình 2.4: Bốn bước kết thúc kết nối TCP ...................................................................... 31
Hình 2.5: Cấu trúc gói tin UDP [4] ................................................................................ 32
Hình 2.6: IPv4 header .................................................................................................... 35
Hình 2.7: Ống kính ......................................................................................................... 38

Hình 2.8: Fixed lens ....................................................................................................... 39
Hình 2.9: Varifocal lens ................................................................................................. 39
Hình 2.10: Zoom lens ..................................................................................................... 40
Hình 2.11: Cấu trúc camera IP ....................................................................................... 41
6


Hình 3.1: Mơ hình hệ thống đơn giản ............................................................................ 46
Hình 3.2: Mơ hình hệ thống kết hợp .............................................................................. 47
Hình 3.3: Mơ hình hệ thống tích hợp cơng nghệ cao ..................................................... 48
Hình 3.4: Mơ hình hệ thống ma trận .............................................................................. 49
Hình 3.5: Mơ hình hệ thống camera IP .......................................................................... 50
Hình 3.6: Mơ hình giám sát từ xa sử dụng camera analog và camera IP ...................... 54
Hình 3.7: Sơ đồ cấu trúc hệ thống camera ..................................................................... 55
Hình 3.8: Mơ hình hoạt động hệ thống .......................................................................... 57
Hình 3.9: Tầng 1 của siêu thị ......................................................................................... 59
Hình 3.10: Tầng 3 của siêu thị ....................................................................................... 59
Hình 3.11: Giao diện máy tính ....................................................................................... 62
Hình 3.12: Giao diện điện thoại ..................................................................................... 63
Hình 3.13: ảnh người chuyển động ................................................................................ 64
Hình 3.14: Thời gian lưu trữ tối đa và nhân công giám sát ........................................... 64

7


MỞ ĐẦU
Xu hướng phát triển công nghệ giám sát đang là cuộc cách mạng công nghệ cao
hiện nay trên thế giới. Một loạt giải pháp được kết hợp trong giám sát nhằm đưa ra các
biện pháp đảm bảo an toàn cho xã hội và an ninh quốc gia. Chính vì vậy việc sử dụng hệ
thống giám sát là sự lựa chọn tối ưu và được ứng dụng rộng rãi trên thế giới nói chung

và Việt Nam nói riêng do những lợi ích to lớn mà cơng nghệ này mang lại đối với sự
phát triển khoa học công nghệ và kinh tế xã hội. Các hệ thống giám sát sử dụng camera
được đưa vào sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống như: hệ thống camera
giám sát giao thơng, hệ thống camera giám sát cho gia đình, siêu thị, trường học…
Hệ thống camera quan sát đầu tiên được cài đặt bởi Siemens AG tại Test Stand
VII trong Peenemünde, Đức vào năm 1942, để quan sát q trình phóng của tên lửa V-2
Ở Mỹ, hệ thống camera quan sát thương mại đầu tiên đã có từ năm 1949, được
gọi là Vericon. Có rất ít thơng tin về Vericon ngoại trừ nó được quảng cáo là khơng cần
giấy phép của chính phủ.
Xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1973 ở quảng trường Times thành phố New York,
hệ thống camera quan sát được lắp đặt để ngăn chặn tội phạm đang phát triển trong khu
vực. Cho đến những năm 1980 - 1990 thì việc dùng camera quan sát bắt đầu phát triển
rộng trên khắp cả nước đặc biệt là ở các khu vực công cộng.
Người đầu tiên sử dụng khái niệm camera quan sát tại Vương quốc Anh là vua
Lynn, Norfolk. Trong những thập kỷ gần đây, việc sử dụng camera giám sát ở những
không gian công cộng càng ngày càng phổ biến, đặc biệt là ở Anh.
Đầu những năm 2000 trở về trước camera quan sát phổ biến là những loại chỉ cho
hình ảnh trắng đen và khung hình với tốt độ hết sức chậm. Ban đêm hình ảnh mờ nhạt
rất khó quan sát.

8


Sau những thập kỷ phát triển của máy chụp ảnh kỹ thuật số thì đến đầu thế kỷ 21
các camera quan sát đồng loạt ra đời với tốc độ phát triển nhanh chưa từng thấy. Với sự
góp sức của kỹ thuật số và chip điện tử mà camera quan sát ngày càng được hiện đại hoá
và đưa ra những phiên bản và tính năng vượt trội.
Trong tương lai gần, camera quan sát được ứng dụng phổ biến trong tất cả các căn
nhà và các công ty trong việc giám sát, quản lý và bảo vệ tài sản tại các Siêu Thị. Dưới
sự hỗ trợ của camera quan sát thì việc giám sát giao thông trên các tuyến đường, giám

sát an ninh tại các khu vực nhạy cảm trong thành phố và quản lý nhân sự tại các công ty
trở nên đơn giản và hiệu quả.
Để phát triển công nghệ giám sát dùng camera cần thiết có một mơ hình sản phẩm
đáp ứng yêu cầu của hệ thống hạ tầng, dựa trên nhu cầu thiết thực hiện nay một loạt các
siêu thị, các cửa hàng tiện ích, cửa hàng bán lẻ của các tập đồn lớn như: Vingroup,
BigC, Coopmart…đang khơng ngừng mở rộng hàng ngày, tác giả đã thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu công nghệ giám sát sử dụng Camera và ứng dụng thiết kế hệ thống giám
sát cho các siêu thị”

9


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG GIÁM SÁT
DÙNG CAMERA
Chương này trình bày về khái niệm, cấu tạo, phân loại và ứng dụng của một
camera quan sát, từ đó làm tiền đề để phát triển một hệ thống giám sát hoàn thiện.

1.1.

Khái niệm Camera
Camera giám sát giống như một máy ảnh dùng dụng cụ quang học ghi lại hình

ảnh, hình ảnh này có thể được lưu trữ trực tiếp hoặc chuyển đến một vị trí khác, hoặc cả
hai. Những hình ảnh này có thể là bức ảnh tĩnh hoặc hình ảnh chuyển động như video
hoặc phim.
Nói một cách khác đơn giản nhất thì camera là một thiết bị theo dõi và ghi hình,
những hình ảnh được ghi lại trong một khoảng thời gian nào đó đồng thời lưu trữ hình
ảnh và sau đó xem lại bất cứ khi nào.
Một camera cơ bản bao gồm: cảm biến quang học (cảm biến chuyển tín hiệu ánh
sáng thành tín hiệu điện), bộ xử lý ảnh và nguồn cung cấp. Mỗi camera thường có ba

dây: Dây tín hiệu hình, RS485 và dây cấp nguồn.[5]

Hình 1.1. Cấu tạo trong cơ bản

10


1.2.

Phân loại camera giám sát
Có thể phân loại camera giám sát theo bốn cách:
 Phân loại theo kỹ thuật đường truyền
 Phân loại theo kỹ thuật hình ảnh
 Phân loại theo cơng nghệ cảm biến
 Phân loại theo tính năng sử dụng

1.2.1. Phân loại theo kỹ thuật đường truyền
Theo kỹ thuật đường truyền có thể chia camera làm hai loại: Camera có dây và
camera khơng dây.
Camera có dây
Camera có dây là loại camera được sử dụng và truyền tín hiệu trên dây cáp đồng
trục khoảng 75Ω - 1V, dây cáp C5. Sử dụng camera có dây là giải pháp an tồn, tín hiệu
bảo mật cao và được áp dụng cho khu vực với địa hình bằng phẳng và ngắn. Tuy nhiên
khi truyền với khoảng cách xa hơn 300m thì cần có bộ khuếch đại để tránh tín hiệu đường
truyền bị suy hao dẫn đến chất lượng hình ảnh khơng tốt.
Camera có dây thường dùng giải pháp hữu tuyến, giải pháp này có chức năng quan
sát, ghi nhận, thu hình trực tiếp các sự kiện, các diễn biến xảy ra nơi cơng cộng, sau đó
truyền về trung tâm xử lý và điều khiển. Để đáp ứng được yêu cầu công tác nghiệp vụ,
hệ thống camera giám sát được tổ chức gồm các bộ phận chính sau: các thiết bị xử lý và
điều khiển ở trung tâm, các camera, thiết bị thu phát để nhận tín hiệu video và tín hiệu

điều khiển từ camera sau đó truyền về trung tâm thơng qua hệ thống truyền dẫn cáp
quang.[9]

11


Hình 1.2 Camera giám sát có dây và đầu ghi hình

Camera khơng dây
Camera khơng dây là loại camera được sử dụng truyền tín hiệu khơng cần dây cáp
đồng trục, tuy nhiên vẫn có dây nguồn. Hệ thống camera khơng dây có ưu điểm là dễ thi
cơng lắp đặt, tuy nhiên hệ số an tồn khơng cao. Loại camera này thường được lắp đặt
tại nơi có địa hình phức tạp và khoảng cách xa, khó đi dây từ camera đến các thiết bị
quan sát (giám sát). Đối với khoảng cách xa hàng chục km cần phải sử dụng thiết bị đặc
biệt hoạt động ở tần số cao và gia thành khá đắt. Tuy nhiên đây là loại camera được đánh
giá là khơng an tồn dễ bị bắt sóng hoặc bị ảnh hưởng nhiễu bởi các nguồn sóng khác
như sóng điện thoại di động, thời tiết.

Hình 1.3: Camera khơng dây

Camera khơng dây sử dụng giải pháp vô tuyến, đây là giải pháp hiển thị hình ảnh
giám sát thơng qua giao diện kết nối ra của máy tính quản lý, theo phương thức E- LAN.
Với phần mềm và bộ mã hoá tăng cường được tích hợp sẵn trong máy tính cho phép hiển
12


thị các hình ảnh của camera lên màn hình cỡ lớn mà vẫn đảm bảo hình ảnh trung thực,
khơng bị vỡ hình. Hệ thống bao gồm các thành phần chính như sau: Camera giám sát,
thiết bị phát vô tuyến truyền tín hiệu, bộ định tuyến vơ tuyến khơng dây, bộ thu phát vô
tuyến băng rộng trạm gốc, trung tâm thu điều khiển. Camera khơng dây sử dụng sóng vơ

tuyến RF để truyền tín hiệu, tần số thường dao động từ 1,2 MHz đến 2,4MHz

1.2.2. Phân loại theo kỹ thuật hình ảnh
Theo kỹ thuật này có thể phân loại theo hai cách: Camera analog và camera IP.
Camera analog (CCTV)
Hệ thống CCTV cơ bản bao gồm camera analog dùng để giám sát, thiết bị lưu trữ,
điều khiển camera và thiết bị hiển thị. Nhiều camera được kết nối bằng dây tín hiệu đến
một đầu ghi hình khoảng 16 cổng hoặc 1 matrix chuyển mạch cho nhiều cổng hơn và
nhiều màn hình quan sát hơn. Đầu ghi hình hoặc matrix được nối đến modem bằng dây
mạng để ra ngoài internet.
Hệ thống này được ghi hình băng từ xử lý tín hiệu analog, xử lý tín hiệu vector
màu. Hệ thống này cịn một kiểu kết nối bằng dây tín hiệu đến card ghi hình được gắn
trên máy tính, camera được bố trí tại các khu vực cần quan sát, truyền hình ảnh liên tục
về trung tâm điều khiển. Tại trung tâm điều khiển, các dữ liệu hình ảnh này sẽ được lưu
trữ trong bộ ghi hình và hiển thị trên các màn hình quan sát. Đồng thời tại trung tâm
cũng tích hợp các thiết bị điều khiển giúp điều khiển linh hoạt camera. Hình ảnh từ các
camera có thể được ghi theo nhiều chế độ như ghi liên tục, ghi theo thời gian hoặc ghi
theo sự kiện (chuyển động, cảnh báo ngoài…), để khi có bất kỳ sự cố nào xảy ra bảo vệ
hoặc người có trách nhiệm có thể dễ dàng kiểm tra lại thời điểm xảy ra sự cố, qua đó có
thể xác định nguyên nhân hoặc lấy đó làm bằng chứng trước pháp luật. [3]

13


Hình 1.4: Hệ thống camera CCTV

Camera IP
Hệ thống sử dụng camera IP được xây dựng như một hệ thống xử lý độc lập do
có bộ vi xử lý được tích hợp bên trong. Camera IP bắt tín hiệu hình ảnh analog nhưng
ngay lập tức nó chuyển đổi sang tín hiệu số và nén ảnh ngay chính tại camera, sau đó

mới truyền đi qua mạng IP sử dụng giao tiếp Ethernet.

Hình 1.5: Hệ thống camera IP

1.2.3. Phân loại theo công nghệ cảm biến
Theo cơng nghệ cảm biến có thể phân loại theo hai cách: Camera quan sát CCD
(Charge Couple Device) và camera quan sát CMOS (complementary metal oxide
semiconductor).
14


Camera quan sát CCD (Charge Couple Device)
Camera quan sát CCD sử dụng kỹ thuật CCD để nhận biết hình ảnh. CCD là tập
hợp những ơ tích điện có thể cảm nhận ánh sáng sau đó chuyển tín hiệu ánh sáng sang
tín hiệu số để đưa vào các bộ xử lý.
Những ô tích điện là một mạng lưới các điểm bắt sáng được phủ lớp bọc màu
(Đỏ-Xanh lục-xanh dương), mỗi điểm ảnh chỉ bắt một màu. Do đó, khi chụp ảnh ánh
sáng qua ống kính được lưu lại trên bề mặt chíp cảm biến dưới dạng các điểm ảnh. Mỗi
điểm ảnh có một mức điện áp khác nhau sẽ được chuyển đến bộ phận đọc giá trị theo
từng hàng. Giá trị mỗi điểm ảnh sẽ được khuếch đại và đưa vào bộ chuyển đổi tín hiệu
tương tự sang số, cuối cùng đưa vào bộ xử lý để tái hiện hình ảnh đã chụp.
Việc đọc thông tin theo hàng lần lượt một này khiến cho chíp CCD có bất lợi đó
là tốc độ xử lý hoàn thiện một bức ảnh khá chậm, ảnh ở một số vùng dễ bị thừa sáng
hoặc thiếu sáng. Để xử lý vấn đề này, một bộ đọc ảnh có kích cỡ bằng mạng lưới các hạt
sáng được bổ sung xen kẽ để làm tăng tốc độ xử lý ảnh mà khơng bị suy giảm chất lượng,
do đó quá trình đọc ảnh chỉ qua một lần đổ dữ liệu. Sự cải thiện này địi hỏi phải có thêm
khơng gian trên chip. Việc sản xuất chip CCD cần thiết bị, phòng lab chuyên dụng khiến
cho giá thành của chip rất đắt.
Camera CCD có đường chéo màn hình cảm biến tính bằng inch và kích thước màn
hình cảm biến lớn.

Hình 1.6: Camera CCD

Camera quan sát CMOS (complementary metal oxide semiconductor)
15


Camera quan sát CMOS là loại camera có màn hình cảm ứng bằng chất bán dẫn
có bổ xung oxit kim loại, cạnh mỗi điểm bắt sáng đã có sẵn mạch điện bổ trợ do đó người
ta có thể tích hợp các quy trình xử lý ảnh như bộ chuyển đổi analog/digital, cân bằng
trắng vào mạch bổ trợ này để dễ dàng tích hợp ngay q trình xử lý điểm ảnh và đồng
loạt truyền tín hiệu số về bộ xử lý để tái hiện hình ảnh đã chụp.
Các điểm ảnh đa chức năng này đều có khả năng tự làm việc. Cũng do khả năng
này mà người ta có thể chỉ tương tác với một vùng pixel nhất định của chip cảm b iến.
Vì có khả năng tích hợp cao nên bản mạch sẽ tiết kiệm không gian, không cần chip bổ
trợ. CMOS tiết kiệm điện năng, sản xuất dễ dàng, khơng cần phịng lab chun dụng, giá
thành rẻ. Tuy nhiên nó có nhược điểm là khó đảm bảo tính đồng nhất của mỗi mạch
khi khuếch đại làm cho ảnh có mật độ nhiễu nhất định, làm cho ảnh bị mất thông
tin tại một số vùng dẫn đến độ phân giải khơng cao.

Hình 1.7: Camera CMOS

Thơng thường, cảm biến CCD được sử dụng khi thiết bị yêu cầu chất lượng hình
ảnh tốt còn cảm biến CMOS được sử dụng khi thiết bị yêu cầu tiêu thụ điện năng ít và
chi phí sản phẩm thấp.

1.2.4. Phân loại theo tính năng sử dụng
Theo tính năng này có thể chia làm bốn loại: Mini camera hay camera ngụy trang,
camera PTZ, camera quan sát hồng ngoại (IR camera) và camera 3D.
Mini camera hay camera ngụy trang

Đây là loại camera có kích thước nhỏ và rất nhỏ dùng lắp đặt những nơi mà người
sử dụng không muốn người khác biết đang bị giám sát. Loại này có thể được ngụy trang
16


trong tượng, tranh, đồng hồ… có màu và nghe được âm thanh. Ngày nay camera mini
được sử dụng để trở thành thiết bị phát hiện khói trong báo cháy.

Hình 1.8: Mini Camera

Camera PTZ
Camera PTZ là loại camera thơng dụng, có khả năng điều chỉnh phóng to, thu
nhỏ, kéo xa gần, nhờ vào ống kính quang học và điều khiển kỹ thuật số.
Camera PTZ gồm: Camera áp trần và Speed - Dome Camera
+ Camera áp trần (Dome Camera): có hình bán nguyệt và thường đặt trong gia
đình, cây rút tiền, trong văn phòng, … và được gắn ốp trên trần nhà. Đây là loại camera
có khả năng bảo mật cao.

Hình 1.6: Camera áp trần

+ Speed - Dome Camera: đây là loại cao cấp hơn, tốc độ điều khiển nhanh hơn,
lấy cận cảnh với tầm chính xác cao theo từng góc và thường được sử dụng để theo dõi
đối tượng với nhiều vị trí mà khơng cần điều khiển nhiều.

17


Hình 1.7: Speed - Dome Camera

Camera quan sát hồng ngoại (IR camera)

Camera quan sát hồng ngoại tự động cân bằng độ sáng chói của ngày và đêm, sử
dụng trong trường hợp nơi quan sát ánh sáng yếu hoặc khơng có ánh sáng vẫn có thể
nhìn rõ mọi vật với hình ảnh trắng đen. Khoảng cách quan sát phụ thuộc vào công suất
của đèn hồng ngoại. Camera quan sát hồng ngoại cho phép quan sát trong phạm vi từ
10m đến 300m. Loại này dùng để lắp đặt cho kho hàng, bãi giữ xe, cổng ra vào nhà máy,
xưởng, xí nghiệp, nhà biệt thự.

Hình 1.8: Camera quan sát hồng ngoại

Camera 3D
Camera 3D bao gồm hai thấu kính và hai cảm biến. Hình ảnh 3D được hiển thị
nhờ một bộ vi xử lý tích hợp trong camera giúp tách lớp, để rồi hợp nhất hình ảnh từ sự
sai biệt mà hai cảm biến nhận được qua hai góc độ khác nhau. Hiệu ứng đặc biệt này
được tạo dựng thông qua chiếc camera FinePix REAL 3D W1 khi nhìn vào màn hình
LCD kích cỡ 2,8 inch ở phía sau camera.
18


Hình 1.9: Camera 3D

Ngày nay nhờ vào cơng nghệ hiện đại và tiên tiến các bác sĩ tại bệnh viện đa khoa
Massachusetts vừa phát minh ra một chiếc camera 3D có kích cỡ tí hon nhằm phục vụ
cho việc nội soi chẩn đoán cũng như phẫu thuật. Với sự ra đời của thiết bị này, việc tìm
kiếm những khối u nhỏ trong ung thư thực quản sẽ trở nên đơn giản hơn rất nhiều. Mặt
khác, nó cũng giảm bớt sự đau đớn của bênh nhân trong quá trình thăm khám.
Chiếc camera 3D này đủ nhỏ để có thể dễ dàng nuốt trơi. Nó sẽ nhanh chóng cung
cấp những hình ảnh chính xác và rõ nét nhất. Nhờ đó, bất cứ những thay đổi bất thường
nào của bộ phận này cũng sẽ dễ dàng được phát hiện.

Hình 1.10: Camera 3D tí hon

1.3.

Ứng dụng của camera
Với chức năng cơ bản là quan sát và ghi hình, camera được ứng dụng rộng rãi

trong nhiều lĩnh vực giám sát khác nhau của mọi mặt của xã hội điển hình là nghiên cứu
khơng gian, thám hiểm đại dương và địa tầng trái đất, quân sự và an ninh, y tế, giáo dục
và đời sống...
19


Một hệ thống các camera được đặt tại những vị trí thích hợp sẽ cho phép quan sát,
theo dõi, nhận diện những nơi ngay cả khi khơng có mặt tại đó.

1.3.1. Lĩnh vực nghiên cứu khơng gian
Nói đến những ứng dụng của công nghệ và camera mà đem lại giá trị to lớn nhất
cho lồi người phải nói đến lãnh vực không gian. Nhờ sự giúp sức của công nghệ số mà
chúng ta có những thiết bị nghiên cứu khơng gian tối tân và hiện đại, từ các thiết bị trên
con tàu vũ trụ, vệ tinh thám hiểm nhân tạo cho đến kính viễn vọng khơng gian,…đều
được trang bị những camera quan sát thế hệ mới. Chúng có khả năng chụp ảnh và ghi
hình tốc độ cao, chuyển về trái đất những bức ảnh ngày càng sống động trung thực và có
độ nét rất cao.
Nhân loại ln muốn biết ngồi khơng gian xa xăm kia có gì. Nhưng do con người
có nhiều mặt bị hạn chế như: khả năng chịu đựng của cơ thể với môi trường, tuổi thọ,
nhu cầu dinh dưỡng …nên việc đưa con người vào không gian xa quỹ đạo trái đất là hết
sức khó khăn và phức tạp, tỉ lệ thành công thấp.
Đứng trước những mong mỏi của nhân loại nói chung, các nhà khoa học đưa ra
giải pháp sử dụng các thiết bị có gắn camera để đưa vào không gian, các thiết bị này sẽ
là những con mắt nhân tạo của loài người vươn vào không gian bao la để thám hiểm vũ

trụ. Việc thám hiểm không gian đạt được kết quả to lớn như ngày nay nhờ đóng góp rất
lớn của các thiết bị camera công nghệ cao, chúng chuyển về trái đất liên tục những hình
ảnh kỹ thuật số với độ phân giải cao giúp các nhà khoa học phân tích đáng giá chính xác
các hiện tượng và vị trí của các ngôi sao trong dải thiên hà.
Với đà phát triển như vũ bão của cơng nghệ ngày nay thì các camera giám sát
không gian ngày càng được trang bị những kỹ thuật tinh vi hơn giúp con người quan sát
xa hơn vào khơng gian.
Những trạm phóng vệ tinh và tàu vũ trụ từ mặt trăng và sao hỏa sẽ là giải pháp tối
ưu cho khoa học không gian của các thế kỷ tiếp theo của loài người.

20


1.3.2. Lĩnh vực thám hiểm các đại dương và địa tầm trái đất
Camera công nghệ cao được trang bị trên các tàu ngầm thám hiểm có người lái
hoặc khơng người lái điều khiển từ xa. Các camera này có khả năng “nhìn xun” màn
đêm của vực thẳm đại dương, nó tự cung cấp nguồn sáng bằng tia hồng ngoại công suất
cực lớn. Những tấm ảnh về đáy đại với độ phân giải cao luôn làm ngạc nhiên các nhà
khoa học.
Những thiết bị tự động thám hiểm vực thẳm đại dương ngày nay chạy bằng năng
lượng hạt nhân và được gắn những chiếc camera quan sát 24h để ghi lại những cảnh vật
ở những môi trường mà con người và các thiết bị thông thường không thể đến được do
sức ép của nước làm chúng vỡ tung. Các con tàu này được trang bị camera giám sát đáy
đại dương có bộ cảm biến tự động ghi hình mọi chuyển động dù nhỏ nhất và tự động
chụp lại các biến động địa lý nơi tàu đi qua. Tàu có khả năng hoạt động liên tục dài ngày
và được trang bị camera hồng ngoại thế hệ mới nhất, giúp nhìn được trong mơi trường
ánh sáng bằng 0 của đáy đại dương.

1.3.3. Lĩnh vực quân sự và an ninh
Lĩnh vực quân sự: Đây có lẽ là lĩnh vực camera quan sát được ứng dụng triệt để

nhất trong hầu hết các thiết bị quân sự thế hệ mới như: máy bay do thám, máy bay không
người lái, tên lửa, tàu ngầm….
Các camera tỏ ra đặt biệt hữu dụng trong việc giám sát mọi hoạt động của đối
phương giúp máy bay không người lái tác chiến trực tiếp thông qua điều khiển từ trung
tâm. Các tên lửa hành trình cũng được camera giám sát hành trình dẫn đường và đi đến
đúng mục tiêu định trước trong sai số chỉ vài centimet. Các tàu ngầm ngày này thơng
qua radar và máy qt siêu âm, nó cịn được trang bị camera KTS có khả năng quan sát
tất cả các hướng với hình ảnh video rõ ràng.
Hiện nay một số nước đã sử dụng thiết bị báo động hồng ngoại và camera lắp đặt
dọc biên giới giữa các nước để canh phịng an ninh biên giới và chống bn lậu tỏ ra rất
21


hiệu quả. Hình ảnh thu được từ camera giúp lực lượng biên phịng ngăn chặn thành cơng
việc xâm phạm biên giới và vận chuyển hàng lậu tại các vùng biên giới.
Lĩnh vực an ninh: Bên cạnh đó xu hướng phát triển công nghệ giám sát an ninh từ
xa hiện đại, tiên tiến nhất trên thế giới được áp dụng nhằm đưa ra những giải pháp giám
sát an ninh của từng khu vực. Qua đó khẳng định hệ thống giám sát an ninh thông minh
chắc chắn sẽ được ứng dụng rộng rãi trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng do
những lợi ích to lớn mà cơng nghệ này mang lại đối với sự phát triển khoa học công nghệ
và kinh tế xã hội. Các hệ thống camera trước đó mới chỉ dừng lại ở việc giám sát, theo
dõi và ghi lại hình ảnh chứ chưa có khả năng đốn trước và phịng ngừa sự cố. Cơng
nghệ hiện được giới thiệu khác hẳn so với các công nghệ trước. Nó dựa vào việc phân
tích hình ảnh và đốn trước sự việc, cho phép cảnh báo, phịng ngừa, tích hợp hệ thống
để tự động xử lý khi có sự cố xảy ra giúp chúng ta phòng ngừa tránh được sự cố.
Cơng nghệ nhận diện khn mặt có tính ưu thế hơn nhận dạng vân tay bởi vân tay
có thể bị sao chép hoặc bị làm hỏng trong khi mặt con người rất khó đề lừa được người
khác. Hệ thống giám sát này có thể gắn ở tất cả mọi nơi. Việc lắp đặt chỉ mất vài giây,
và khi nhận dạng được kẻ tình nghi, cịi ở camera sẽ tự động kêu lên. Với hệ thống này
có thể người sử dụng cũng không cần tới camera mà chỉ cần một mobile có gắn chíp FR

kết hợp với cơng nghệ giám sát mới có thể tìm thấy 36 triệu khn mặt khác có nét tương
tự trong cơ sở dữ liệu chỉ trong vịng một giây. Trong khi một cơng việc tương tự thường
u cầu hàng giờ để chọn lọc thì cơng nghệ mới chỉ sử dụng các thuật tốn để tìm ra
gương mặt phù hợp. Nó cho phép bất kì tổ chức nào, từ một nhà bán lẻ cho đến chính
phủ, theo dõi và xác định tất cả mọi người dân hay khách hàng từ cơ sở dữ liệu khuôn
mặt.

1.3.4. Lĩnh vực y tế
Việc lắp đặt camera quan sát analog hoặc camera IP trong các phịng mổ trực
tuyến cho đến kính hiển vi điện tử, thiết bị nội soi và gần đây nhất là chế tạo thành công

22


các con robot siêu nhỏ chỉ bằng viên thuốc con nhộng hoặc đầu bút bi để đưa vào cơ thể
nhằm tìm hiểu căn nguyên của các khối u, thành ruột, mạch máu…
Nhờ có các camera quan sát này mà các phịng mổ trên tồn thế giới có thể hội
chẩn được với nhau thơng qua mạng Internet tồn cầu, các bác sĩ nhìn thấy chính xác
ngun nhân bệnh lý mà chưa cần đến việc can thiệt của y khoa, giúp việc chẩn đốn trở
nên chính xác, nhanh chóng và đỡ tốn kém hơn. Hiện nay Jean Lorenceau, nhà khoa học
thần kinh thuộc Đại học Pierre và Marie Curie ở Paris (Pháp) đã phát minh ra cơng nghệ
giám sát có thể viết bằng mắt nhằm áp dụng cho những đối tượng bị liệt. Hệ thống trên
hoạt động bằng cách cài camera giám sát lên đầu người sử dụng. Và camera quan sát
chịu trách nhiệm theo dõi chuyển động mắt, mỗi lần 30 giây và chuyển thơng tin về máy
tính. Nếu người dùng di chuyển mắt giống như đang viết cái gì, camera sẽ truyền chính
xác chuyển động đó lên con trỏ trên màn hình, giúp họ viết được.

1.3.5. Lĩnh vực giao thơng
Camera được ứng dụng rộng rãi trong việc giám sát giao thông tại các đô thị lớn
và các tuyến đường cao tốc, camera giám sát tốc độ xe và việc chấp hành luật giao thơng.

Camera cũng sử dụng để ghi hình lại các vi phạm của lái xe khi lái xe chạy quá tốc độ
qui định, vượt ẩu, chạy không đúng làn đường qui định. Camera cũng sử dụng lắp đặt
trên xe ô tô nhằm hỗ trợ lái xe về đêm khi trời mưa to hạn chế tầm nhìn, cảnh báo khi
lùi, khi xe quá gần phương tiện phía trước và hai bên hơng xe.
Camera cũng giúp các nghiệp đồn vận tải quản lý tốt hơn phương tiện vận tải, lái
xe và tốc độ qui định cũng như kiểm soát chặt chẽ tuyến hành trình của xe.

1.3.6. Lĩnh vực giáo dục
Với hệ thống này hiệu trưởng có thể quan sát, theo dõi và kiểm tra tình trạng dạy
và học của bất cứ lớp học nào mà mình muốn. Ngồi ra, nếu những hình ảnh đó được
đưa lên mạng Internet thơng qua thiết bị đầu ghi hoặc card ghi chia hình truyền xa qua
mạng thì các bậc phụ huynh cũng có thể trực tiếp theo dõi con em mình khi các em ở

23


trường mà không cần phải đến tận nơi tạo tâm lý an tâm cho phụ huynh học sinh. Những
thiết bị này cũng có thể lưu lại những giờ giảng hay để làm đề cương sau này.

1.3.7. Ứng dụng trong cuộc sống
Đặc biệt trong cuộc sống, camera quan sát được ứng dụng ngày càng rộng rãi, từ
các phương tiện nghe nhìn như: camera kỹ thuật số du lịch, camera kỹ thuật số quay
phim chuyên nghiệp cho đến các máy chụp ảnh kỹ thuật số,….Với sự ứng dụng camera
quan sát vào việc giám sát an ninh đã giúp con người tăng cường cơng tác bảo vệ tính
mạnh và tài sản. Camera lắp đặt trong các công ty, nhà máy, kho tàng, cho đến các
showroom đã giúp các nhà quản lý có để di chuyển bất cứ nơi nào mà vẫn có thể kiểm
sốt được cơng việc kinh doanh tại cơng ty mình. Mọi sự việc diễn ra trong doanh nghiệp
đều được camera giám sát và kiểm soát.
Đối với những nơi khắc nghiệt như: các công trường đang thi công, hầm mỏ, nơi
nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp. Camera được lắp đặt để bộ phận quản lý có thể giám sát

24/24 nhằm quản lý và giám sát chất lượng được liên tục, nhiều góc độ, nhiều khu vực
cùng một lúc và trong nhiều thời điểm khác nhau.
Nhờ có camera quan sát mà nhà quản lý dù công tác bất cứ nơi nào cũng có thể
giám sát mọi hoạt động trong ngơi nhà của mình.

1.4. Kết luận chương 1
Chương này đã giới thiệu q trình phát triển của các dịng camera và hệ thống
giám sát từ xa dùng camera và các xu hướng phát triển của hệ thống giám sát trong tương
lai. Đặc biệt trong việc phân loại camera có mơ tả chi tiết kiến trúc của camera trong đó
đã nêu lên được vị trí cũng như vai trị của camera trong việc giám sát. Các cơng nghệ
giám sát hiện có trên thế giới và thị trường Việt Nam cũng được đề cập đến ở đây. Cuối
chương là giới thiệu về lĩnh vực ứng dụng của camera, đây là cơ sở lý thuyết quan trọng
trong việc phát triển nội dung ở các chương tiếp theo.
Ứng dụng công nghệ giám sát thông minh là một xu thế phát triển cho tương lai.
Hệ thống camera giám sát, hỗ trợ chúng ta rất nhiều trong tất cả các lĩnh vực. Hiện tại,
xu hướng sử dụng camera IP trên thị trường thế giới đang từng bước tăng trưởng và
hướng sử dụng camera Analog ngày càng giảm xuống.
24