Nghiên cứu các công nghệ giám sát dùng camera và thiết kế hệ thống giám sát cho trường cao đẳng nghề kinh tế kỹ thuật vinatex

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu và làm việc khẩn trƣơng dƣới sự hƣớng dẫn tận
tình của TS. Phạm Ngọc Nam luận văn này đã đƣợc hoàn thành.
Tôi chân thành cảm ơn TS. Phạm Ngọc Nam đã trực tiếp hƣớng dẫn tôi hoàn
thành luận văn này. Tôi cũng bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Viện sau đại học, các
thầy giáo, cô giáo Viện Điện tử Viễn thông - Trƣờng đại học Bách khoa Hà Nội,
trƣờng Cao đẳng Nghề Kinh tế - Kỹ thuật Vinatex Nam Định, Công ty cổ phần B2A,
lớp Kỹ thuật truyền thông Nam Định đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong việc thực hiện điều
tra, tìm hiểu về các kiến thức chuyên môn, tài liệu nghiên cứu để tôi có thể hoàn thành
tốt nhiệm vụ của mình.
Tôi cũng chân thành cảm ơn tất cả bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã dành tình
cảm, động viên, tạo điều kiện để tôi đạt đƣợc kết quả nhƣ ngày hôm nay.
Trong quá trình nghiên cứu, luận văn không 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 đƣợc hoàn thiện hơn.
Tác giả: Nguyễn Thị Bích Ngọc
Lớp: Kỹ thuật truyền thông – Khóa: 2012A
Viện: Điện tử - Viễn thông
Trƣờng: Đại học Bách Khoa - Hà Nội
Hà Nội, ngày tháng năm 2013

1


LỜI CAM ĐOAN
Sau gần hai năm học tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu các công nghệ giám sát
dùng camera và thiết kế hệ thống giám sát cho trường Cao đẳng nghề Kinh tế - Kỹ
thuật Vinatex” 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 hƣớng dẫn tận tình của TS .Phạm Ngọc Nam.
Tôi cam đoan những gì mà tôi viết trong luận văn này là do sự tìm hiểu và nghiên
cứu của bản thân; mọi kết quả nghiên cứu cũng nhƣ ý tƣởng của các tác giả khác nếu

có đều đƣợc trích dẫn nguồn gốc cụ thể.
Luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi, cho đến nay chƣa đƣợc bảo
vệ tại bất kỳ một hội đồng bảo vệ luận văn thạc sỹ nào và chƣa đƣợc công bố trên bất
kỳ một phƣơng tiện thông tin nào.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan ở trên đây.
Hà Nội, ngày tháng

năm 2013

Ngƣời cam đoan

Nguyễn Thị Bích Ngọc

2


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................... 1
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. 2
MỤC LỤC............................................................................................................................. 3
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................... 5
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................... 7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .............................................................................................. 7
MỞ ĐẦU............................................................................................................................... 9
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG GIÁM SÁT DÙNG CAMERA ....... 13
1.1.

Khái niệm Camera ................................................................................................ 13

1.2.

Phân loại camera giám sát..................................................................................... 13

1.2.1.

Phân loại theo kỹ thuật đƣờng truyền ............................................................ 14

1.2.2.

Phân loại theo kỹ thuật hình ảnh .................................................................... 15

1.2.3.

Phân loại theo công nghệ cảm biến ............................................................... 17

1.2.4.

Phân loại theo tính năng sử dụng ................................................................... 19

1.3.

Ứng dụng của camera ........................................................................................... 22

1.3.1.

Lĩnh vực nghiên cứu không gian ................................................................... 22

1.3.2.

Lĩnh vực thám hiểm các đại dƣơng và địa tầm trái đất.................................. 24

1.3.3.

Lĩnh vực quân sự và an ninh .......................................................................... 24

1.3.4.

Lĩnh vực y tế .................................................................................................. 26

1.3.5.

Lĩnh vực giao thông ....................................................................................... 26

1.3.6.

Lĩnh vực giáo dục .......................................................................................... 27

1.3.7.

Ứng dụng trong cuộc sống ............................................................................. 27

1.4.

Kết luận ................................................................................................................. 27

CHƢƠNG II: HỆ THỐNG CAMERA IP VÀ MÔ HÌNH TCP/IP .................................... 29
2.1.

Camera IP.............................................................................................................. 29

2.1.1.

Khái niệm và lịch sử phát triển ...................................................................... 29

2.1.2.

Cấu tạo ........................................................................................................... 30

3


2.1.3.

Nguyên lý hoạt động ...................................................................................... 32

2.1.4.

Các thông số kỹ thuật ..................................................................................... 33

2.1.5.

Ƣu nhƣợc điểm của camera IP ....................................................................... 35

2.2.

Mô hình TCP/IP .................................................................................................... 35

2.2.1.

Tổng quát về TCP/IP ..................................................................................... 36

2.2.2.

Giao thức TCP/UDP ...................................................................................... 39

2.2.3.

Giao thức IP (Internet Protocol) .................................................................... 42

2.3.

Kết luận ................................................................................................................. 47

CHƢƠNG III: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHO
TRƢỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KINH TẾ - KỸ THUẬT VINATEX .............................. 48
3.1.

Thực trạng ............................................................................................................. 48

3.2.

Một số mô hình hoạt động .................................................................................... 48

3.2.1.

Mô hình hệ thống đơn giản ............................................................................ 48

3.2.2.

Mô hình hệ thống kết hợp .............................................................................. 50

3.2.3.

Mô hình hệ thống tích hợp công nghệ cao ..................................................... 51

3.2.4.

Mô hình hệ thống ma trận .............................................................................. 52

3.2.5.

Mô hình hệ thống camera IP .......................................................................... 52

3.3.

Giải pháp thiết kế mô hình giám sát từ xa ............................................................ 53

3.3.1.

Đặc tả hệ thống .............................................................................................. 53

3.3.2.

Phân tích hệ thống .......................................................................................... 53

3.3.3.

Thiết kế hệ thống ........................................................................................... 60

3.4.

Kết luận ................................................................................................................. 67

CHƢƠNG IV: TỔNG KẾT ................................................................................................ 68
4.1.

Kết quả đạt đƣợc ................................................................................................... 68

4.2.

Bàn luận ................................................................................................................ 68

4.3.

Kết luận và kiến nghị ............................................................................................ 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................... 70
PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 71

4


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TT

NỘI DUNG VIẾT TẮT

NGHĨA ĐẦY ĐỦ

1

CĐN KT-KT Vinatex

Cao đẳng nghề kinh tế - kỹ thuật Vinatex

2

RF

Radio Frequency

3

CCTV

Closed-circuit television (Truyền hình mạch kín)

4

LAN

Local Area Network

5

IP

Internet Protocol

6

CCD

Charge Couple Device

7

CMOS

Complementary metal oxide semiconductor

8

KTS

Kỹ thuật số

9

PTZ

Pan-Tilt-Zoom

10

IR

Infrared

11

MPEG

The Moving Picture Experts Croup

12

JPEG

Joint Photographic Experts Group

13

OFDM

Orthogonal Frequency Division Multiplexing

14

WAN

Wide Area Network

15

FR

Frame Relay

16

xDSL

x Digital Subcriber Line

17

ISDN

Intergrated Service Provider

18

3G

Third generation technology

19

MAC

Message Authentication Code

20

WMV

Windows Media Video

21

DVD

Digital Video Disc

22

USB

Universal Serial Bus

23

FTP

File Transfer Protocol

24

TCP

Transmission Control Protocol

5


25

UDP

Use Diagram Protocol

26

ARP

Address Resolution Protocol

27

MAC

Media Access Control

28

ICMP

Internet Control Message Protocol

29

IGMP

Internet Group Management Protocol

30

SYN

Synchronize

31

ACK

Acknowledgment number

32

IETF

Internet Engineering Task Force

33

TFTP

Trivial File Transfer Protocol

34

CRT

Cathode Ray Tube

35

DNS

Domain Name System

36

DHCP

Dynamic Host Configuration Protocol

37

SNMP

Simple Network Management Protocol

38

IANA

Internet Assigned Numbers Authority

39

VCR

Video Cassette Recording

40

DVR

Digital Video Recorder

41

NVR

Network Video Recorder

42

PCI

Peripheral Component Interconnect

6


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Tiêu cự của ống kính ..................................................................................... 31
Bảng 2.2: Góc quan sát .................................................................................................. 34
Bảng 2.3: Các octet chuyển đổi sang giá trị thập phân ................................................. 44

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Cấu tạo của camera ........................................................................................ 13
Hình 1.2: Camera giám sát có dây và đầu ghi hình ....................................................... 14
Hình 1.3: Camera không dây ......................................................................................... 15
Hình 1.4: Hệ thống camera CCTV................................................................................. 16
Hình 1.5: Hệ thống camera IP ........................................................................................ 17
Hình 1.6: Camera CCD .................................................................................................. 18
Hình 1.7: Camera CMOS ............................................................................................... 19

Hình 1.8: Mini Camera .................................................................................................. 19
Hình 1.9: Camera áp trần ............................................................................................... 20
Hình 1.10: Speed - Dome Camera ................................................................................. 20
Hình 1.11: Camera quan sát hồng ngoại ........................................................................ 21
Hình 1.12: Camera 3D ................................................................................................... 21
Hình 1.13: Camera 3D tí hon ......................................................................................... 22
Hình 1.14: Các khu vực nhiễm phóng xạ hiện rõ trƣớc ống kính của camera mới ....... 23
Hình 2.1: Ống kính ......................................................................................................... 30
Hình 2.2: Fixed lens ....................................................................................................... 31
Hình 2.3: Varifocal lens ................................................................................................. 31
Hình 2.4: Zoom lens ....................................................................................................... 32

7


Hình 2.5: Cấu trúc camera IP ......................................................................................... 32
Hình 2.6: Khái quát về mô hình TCP/IP ........................................................................ 36
Hình 2.7: Cấu trúc gói tin TCP ...................................................................................... 39
Hình 2.8: Ba bƣớc bắt đầu kết nối TCP ......................................................................... 41
Hình 2.9: Bốn bƣớc kết thúc kết nối TCP ...................................................................... 41
Hình 2.10: Cấu trúc gói tin UDP.................................................................................... 42
Hình 3.1: Mô hình hệ thống đơn giản ............................................................................ 49
Hình 3.2: Mô hình hệ thống kết hợp .............................................................................. 50
Hình 3.3: Mô hình hệ thống tích hợp công nghệ cao ..................................................... 51
Hình 3.4: Mô hình hệ thống ma trận .............................................................................. 52
Hình 3.5: Mô hình hệ thống camera IP .......................................................................... 52
Hình 3.6: Mô hình giám sát từ xa sử dụng camera analog. ........................................... 54
Hình 3.7: Mô hình giám sát từ xa sử dụng camera analog và camera IP ...................... 56
Hình 3.8: Biểu đồ hệ thống giám sát .............................................................................. 57
Hình 3.9: Sơ đồ cấu trúc thống camera .......................................................................... 57

Hình 3.10: Mô hình hoạt hệ thống ................................................................................. 59
Hình 3.11: Camera VT-6112IR...................................................................................... 61
Hình 3.12: Đầu ghi hình VANTECH VP-16700NVR2................................................. 61

8


MỞ ĐẦU
1.

Lý do chọn đề tài
Xu hƣớng phát triển công nghệ giám sát đang là cuộc cách mạng công nghệ cao

hiện nay trên thế giới. Một loạt giải pháp đƣợc kết hợp trong giám sát nhằm đƣa 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 ƣu và đƣợc ứng dụng rộng rãi trên thế giới nói
chung và Việt Nam nói riêng do những lợi ích to lớn mà công 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 đƣợc đƣa vào sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống nhƣ: hệ
thống camera giám sát giao thông, hệ thống camera giám sát cho gia đình, siêu thị,
trƣờng học…
Trong tƣơng lai gần, camera quan sát đƣợc 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. Dƣới sự hỗ trợ
của camera quan sát thì việc giám sát giao thông trên các tuyến đƣờng, 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 mô hình sản phẩm
đáp ứng yêu cầu của hệ thống hạ tầng, dựa trên nhu cầu thiết thực của trƣờng Cao đẳng
nghề kinh tế - kỹ thuật Vinatex - một trƣờng mũi nhọn của tập đoàn Dệt may Việt Nam
trong lĩnh vực cung ứng nguồn nhân lực Dệt - May, tác giả đã thực hiện đề tài “Nghiên

cứu các công nghệ giám sát dùng camera và thiết kế hệ thống giám sát cho trường
Cao đẳng nghề Kinh tế - Kỹ thuật Vinatex”
2.

Lịch sử nghiên cứu

2.1. Ngoài nƣớc
Hệ thống camera quan sát đầu tiên đƣợc cài đặt bởi Siemens AG tại Test Stand
VII trong Peenemünde, Đức vào năm 1942, để quan sát quá trình phóng của tên lửa V2.

9


Ở Mỹ, hệ thống camera quan sát thƣơng mại đầu tiên đã có từ năm 1949, đƣợc
gọi là Vericon. Có rất ít thông tin về Vericon ngoại trừ nó đƣợc quảng cáo là không cần
giấy phép của chính phủ.
Xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1973 ở quảng trƣờng Times thành phố New York,
hệ thống camera quan sát đƣợc 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 nƣớc đặc biệt là ở các khu vực công cộng.
Ngƣời đầu tiên sử dụng khái niệm camera quan sát tại Vƣơng 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 trƣớc 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.
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 chƣa từng thấy. Với sự
góp sức của kỹ thuật số và chip điện tử mà camera quan sát ngày càng đƣợc hiện đại
hoá và đƣa ra những phiên bản và tính năng vƣợt trội.

 Tóm lại ta có thể điểm qua các cột mốc chính nhƣ sau:
- Năm 1949 khái niệm về camera quan sát đƣợc giới thiệu bởi George Orwell.
- Năm 1951 ra đời đoạn băng ghi hình đầu tiên.
- Năm 1966 NASA dùng camera quan sát ghi hình lại bề mặt của mặt trăng.
- Năm 1969 bằng sáng chế về camera dân dụng đƣợc cấp cho Marie Brown.
- Năm 1972 hãng Texas Instrument cho ra đời camera ghi hình không cần phim.
- Năm 1973 chip hình ảnh CCD đƣợc giới thiệu và phổ biến cho đến ngày nay.
- Năm 1980 camera quan sát bắt đầu đƣợc áp dụng theo dõi trộm cắp và lừa đảo.
- Năm 1986 hãng Kodak giới thiệu chiếc camera megapixel đầu tiên với độ phân giải
1.4 M.

10


- Năm 1992 camera quan sát trẻ em và ngƣời già đƣợc phát triển ngày càng mạnh hơn.
- Năm 1996 chiếc camera ip đầu tiên đƣợc hãng Axis sản xuất có tên là Neteye 200.
- Năm 2001 Khi World trade Center bị tấn công, mọi ngƣời quan tâm nhiều hơn đến
camera dành cho công việc cũng nhƣ gia đình.
- Năm 2003 công nghệ nhận diện khuôn mặt đƣợc áp dụng tại trƣờng Royal Palm
Middle School để quản lý các bé.
- Năm 2007, 97% giao tiếp từ xa đƣợc thực hiện trên internet.
- Internet mở ra một kỷ nguyên mới mà chúng ta có thể thấy đƣợc sự hiện diện của
camera quan sát ở bất cứ nơi đâu.
2.2. Ở trong nƣớc
Cho đến nay hệ thống giám sát dùng camera đƣợc sử dụng rộng rãi trong tất cả
các lĩnh vực khác nhau để phục vụ mục đích theo dõi giám sát và an ninh và trên nhiều
tỉnh thành khác nhau.
Từ tháng 8 năm 2010 bên cạnh những dòng thiết bị an ninh truyền thống thì
camera IP của Techpro đã có mặt tại Việt Nam.
3.

Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu các công nghệ giám sát dùng camera. Các yêu cầu, công cụ và triển

khai thiết kế hệ thống giám sát tại trƣờng Cao đẳng nghề Kinh tế - Kỹ thuật Vinatex.
4.

Đối tƣợng nghiên cứu
Các công nghệ giám sát trên thế giới và trong tƣơng lai sẽ sử dụng. Áp dụng vào

việc thiết kế hệ thống cho việc giám sát an ninh của trƣờng Cao đẳng nghề Kinh tế Kỹ thuật Vinatex.
5.

Phạm vi nghiên cứu
Xây dựng công cụ thiết kế hệ thống giám sát tại trƣờng Cao đẳng nghề Kinh tế - Kỹ

thuật Vinatex.
6.

Những đóng góp chính của luận văn
Chƣơng 1: Tổng quan về các hệ thống giám sát dùng camera

11


Chƣơng 2: Hệ thống Camera IP và mô hình TCP/IP
Chƣơng 3: Đề xuất giải pháp thiết kế hệ thống giám sát cho trƣờng Cao đẳng
nghề kinh tế - kỹ thuật Vinatex.
Chƣơng 4: Tổng kết
7.

Phƣơng pháp nghiên cứu

7.1. Nhóm các phƣơng pháp nghiên cứu lý luận
Nghiên cứu tài liệu lý luận về hệ thống giám sát dùng camera qua các tài liệu
trong và ngoài nƣớc.
Nghiên cứu các tài liệu hƣớng dẫn sử dụng và thiết kế hệ thống giám sát.
7.2. Nhóm các phƣơng pháp nghiên cứu thực tiễn
Phƣơng pháp khảo sát mô hình ứng dụng tại công ty cổ phần B2A – Nam Định
Phƣơng pháp điều tra, khảo sát địa hình thực tế tại trƣờng Cao đẳng nghề Kinh tế
- Kỹ thuật Vinatex.

12


CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG GIÁM SÁT DÙNG CAMERA
Chƣơng 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 nhƣ một máy ảnh sử dụng dụng cụ quang học ghi lại hình
ảnh, hình ảnh này có thể đƣợc lƣu 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 nhƣ
video hoặc phim.
Nói một cách khác đơn giản nhất thì camera là một thiết bị theo dõi và ghi hình,
những hình ảnh đƣợc ghi lại trong một khoảng thời gian nào đó đồng thời lữu trữ hình
ảnh và sau đó xem lại bất cứ khi nào.
Một camera cơ bản bao gồm: cảm biến quang học (cảm biến biến đổi tín hiệu
ánh sáng thành tín hiệu điện), bộ xử lý ảnh và nguồn cung cấp. Mỗi camera thƣờng có
ba dây: Dây tín hiệu hình, RS485 và dây cấp nguồn.[5]

Hình 1.1: Cấu tạo của camera
1.2. Phân loại camera giám sát
Có thể phân loại camera giám sát theo bốn cách:
 Phân loại theo kỹ thuật đƣờng truyền
 Phân loại theo kỹ thuật hình ảnh
 Phân loại theo công nghệ cảm biến
 Phân loại theo tính năng sử dụng
13


1.2.1. Phân loại theo kỹ thuật đƣờng truyền
Theo kỹ thuật đƣờng truyền có thể chia camera làm hai loại: Camera có dây và
camera không dây.
 Camera có dây
Camera có dây là loại camera đƣợc 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 toàn, tín
hiệu bảo mật cao và đƣợc 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 đƣờng truyền bị suy hao dẫn đến chất lƣợng hình ảnh không tốt.
Camera có dây thƣờng 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 công cộng,
sau đó truyền về trung tâm xử lý và điều khiển. Để đáp ứng đƣợc yêu cầu công tác
nghiệp vụ, hệ thống camera giám sát đƣợc 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 thông qua hệ thống
truyền dẫn cáp quang.[9]

Hình 1.2: Camera giám sát có dây và đầu ghi hình
 Camera không dây
Camera không dây là loại camera đƣợc sử dụng truyền tín hiệu không cần dây

cáp đồng trục, tuy nhiên vẫn có dây nguồn. Hệ thống camera không dây có ƣu điểm là
14


dễ thi công lắp đặt, tuy nhiên hệ số an toàn không cao. Loại camera này thƣờng đƣợc
sử dụng 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 đƣợc đánh giá là không an toàn dễ bị bắt sóng hoặc bị ảnh hƣởng nhiễu trƣớc
các nguồn sóng khác nhƣ sóng điện thoại di động, thời tiết.
Camera không dây sử dụng giải pháp vô tuyến, đây là giải pháp hiển thị hình ảnh
giám sát thông qua giao diện kết nối ra của máy tính quản lý, theo phƣơng thức ELAN. Với phần mềm và bộ mã hoá tăng cƣờng đƣợc tích hợp sẵn trong máy tính cho
phép hiển thị các hình ảnh của camera lên màn hình cỡ lớn mà vẫn đảm bảo hình ảnh
trung thực, không bị vỡ hình. Hệ thống bao gồm các thành phần chính nhƣ sau:
Camera giám sát, thiết bị phát vô tuyến truyền tín hiệu, bộ định tuyến vô tuyến không
dây, bộ thu phát vô tuyến băng rộng trạm gốc, trung tâm thu điều khiển. Camera không
dây sử dụng sóng vô tuyến RF để truyền tín hiệu, tần số thƣờng dao động từ 1,2 MHz
đến 2,4 MHz.[9]

Hình 1.3: Camera không dây
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 lƣu trữ,
điều khiển camera và thiết bị hiển thị. Nhiều camera đƣợc kết nối bằng dây tín hiệu đến
15


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 đƣợc nối đến modem bằng dây

mạng để ra ngoài internet.
Hệ thống này đƣợc ghi hình băng từ xử lý tín hiệu analog, xử lý tín hiệu vector
màu. Hệ thống này còn một kiểu kết nối bằng dây tín hiệu đến card ghi hình đƣợc gắn
trên máy tính, camera đƣợc 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 đƣợc
lƣu 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 đƣợc ghi theo nhiều chế độ nhƣ 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 ngƣời 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 trƣớc pháp luật. [3]
Ngày nay, hệ thống CCTV đã đƣợc tích hợp với các công nghệ mới giúp cho việc
lƣu trữ, xem lại cũng nhƣ sao lƣu dữ liệu trở nên cực kỳ dễ dàng. Hệ thống còn có thể
tích hợp vào mạng LAN hoặc Internet giúp ngƣời điều khiển có thể thao tác từ xa vào
hệ thống.

Hình 1.4: Hệ thống camera CCTV
 Camera IP
Hệ thống sử dụng camera IP đƣợc xây dựng nhƣ một hệ thống xử lý độc lập do có
bộ vi xử lý đƣợc tích hợp bên trong. Camera IP bắt tín hiệu hình ảnh analog nhƣng
16


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 công 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).
 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 ô tích điện có thể cảm nhận ánh sáng sau đó chuyển tín hiệu ánh sáng sang
tín hiệu số để đƣa vào các bộ xử lý.
Những ô tích điện là một mạng lƣới các điểm bắt sáng đƣợc phủ lớp bọc màu (đỏ
- xanh lục - xanh dƣơng), mỗi điểm ảnh chỉ bắt một màu. Do đó, khi chụp ảnh ánh sáng
qua ống kính đƣợc lƣu lại trên bề mặt chíp cảm biến dƣới dạng các điểm ảnh. Mỗi
điểm ảnh có một mức điện áp khác nhau sẽ đƣợc chuyển đến bộ phận đọc giá trị theo
từng hàng. Giá trị mỗi điểm ảnh sẽ đƣợc khuếch đại và đƣa vào bộ chuyển đổi tín hiệu
tƣơng tự sang số, cuối cùng đƣa vào bộ xử lý để tái hiện hình ảnh đã chụp.[1]
17


Việc đọc thông tin theo hàng lần lƣợt 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 lƣới các
hạt sáng đƣợc bổ sung xen kẽ để làm tăng tốc độ xử lý ảnh mà không bị suy giảm chất
lƣợng, do đó quá trình đọc ảnh chỉ qua một lần đổ dữ liệu. Sự cải thiện này đòi hỏi phải
có thêm không 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 đƣờng chéo màn hình cảm biến tính bằng inch và kích thƣớc
màn hình cảm biến lớn.

Hình 1.6: Camera CCD
 Camera quan sát CMOS (complementary metal oxide semiconductor)
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
ngƣời ta có thể tích hợp các quy trình xử lý ảnh nhƣ bộ chuyển đổi analog/digital, cân
bằng trắng vào mạch bổ trợ này để dễ dàng tích hợp ngay quá trình xử lý điểm ảnh và

đồng loạt truyền tín hiệu số về bộ xử lý để tái hiện hình ảnh đã chụp.[1]
Các điểm ảnh đa chức năng này đều có khả năng tự làm việc. Cũng do khả năng
này mà ngƣời ta có thể chỉ tƣơng tác với một vùng pixel nhất định của chip cảm biến.
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, không cần phòng lab chuyên dụng,
giá thành rẻ. Tuy nhiên nó có nhƣợc điểm là khó đảm bảo tính đồng nhất của mỗi mạch
18


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 không cao.

Hình 1.7: Camera CMOS
Thông thƣờng, cảm biến CCD đƣợc sử dụng khi thiết bị yêu cầu chất lƣợng hình
ảnh tốt còn cảm biến CMOS đƣợc 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.[9]
 Mini camera hay camera ngụy trang
Đây là loại camera có kích thƣớc nhỏ và rất nhỏ dùng lắp đặt những nơi mà ngƣời
sử dụng không muốn ngƣời khác biết đang bị giám sát. Loại này có thể đƣợc nguỵ
trang trong tƣợng, tranh, đồng hồ,… có màu và nghe đƣợc âm thanh. Ngày nay camera
mini đƣợc 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 thông 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

19


+ Camera áp trần (Dome Camera): có hình bán nguyệt và thƣờng đặt trong gia
đình, cây rút tiền, trong văn phòng, … và đƣợc gắn ốp trên trần nhà. Đây là loại camera
có khẳ năng bảo mật cao.

Hình 1.9: 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 thƣờng đƣợc sử dụng để theo dõi
đối tƣợng với nhiều vị trí mà không cần điều khiển nhiều.

Hình 1.10: 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 trƣờng hợp nơi quan sát ánh sáng yếu hoặc không 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, xƣởng, xí nghiệp, nhà biệt thự.

20


Hình 1.11: Camera quan sát hồng ngoại
 Camera 3D
Camera 3D bao gồm hai thấu kính và hai cảm biến. Hình ảnh 3D đƣợc 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 đƣợc qua hai góc độ khác nhau. Hiệu ứng đặc biệt này
đƣợc 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.[7]

Hình 1.12: Camera 3D
Ngày nay nhờ vào công 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 nhƣ phẫu thuật. Với sự ra đời của thiết bị này, việc tìm
kiếm những khối u nhỏ trong ung thƣ 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 trôi. Nó sẽ nhanh chóng
cung cấp những hình ảnh chính xác và rõ nét nhất. Nhờ đó, bất cứ những thay đổi bất
thƣờng nào của bộ phận này cũng sẽ dễ dàng đƣợc phát hiện.[8]

21


Hình 1.13: Camera 3D tí hon
1.3. Ứng dụng của camera
Với chức năng cơ bản là quan sát và ghi hình, camera đƣợc ứng dụng rộng rãi
trong nhiều lĩnh vực giám sát khác nhau của mọi mặt của xã hội điển hình là nghiên
cứu không gian, thám hiểm đại dƣơng và địa tầng trái đất, quân sự và an ninh, y tế,
giáo dục và đời sống... [8]
Một hệ thống các camera đƣợc đặt tại những vị trí thích hợp sẽ cho phép quan sát,
theo dõi, nhận diện những nơi ngay cả khi không có mặt tại đó.
1.3.1. Lĩnh vực nghiên cứu không gian
Nói đến những ứng dụng của công nghệ và camera mà đem lại giá trị to lớn nhất
cho loài ngƣời phải nói đến lãnh vực không gian. Nhờ sự giúp sức của công nghệ số
mà chúng ta có những thiết bị nghiên cứu không 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 không
gian,…đều đƣợc 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 luôn muốn biết ngoài không gian xa xăm kia có gì. Nhƣng do con
ngƣời có nhiều mặt bị hạn chế nhƣ: khả năng chịu đựng của cơ thể với môi trƣờng, tuổi
thọ, nhu cầu dinh dƣỡng …nên việc đƣa con ngƣời vào không gian xa quỹ đạo trái đất
là hết sức khó khăn và phức tạp, tỷ lệ thành công thấp.
Đứng trƣớc những mong mỏi của nhân loại nói chung, các nhà khoa học đƣa ra
giải pháp sử dụng các thiết bị có gắn camera để đƣa vào không gian, các thiết bị này sẽ
22


là những con mắt nhân tạo của loài ngƣời vƣơn vào không gian bao la để thám hiểm vũ
trụ. Việc thám hiểm không gian đạt đƣợc kết quả to lớn nhƣ 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 tƣợng và vị trí của các ngôi sao trong dải thiên hà.
Với đà phát triển nhƣ vũ bão của công nghệ ngày nay thì các camera giám sát
không gian ngày càng đƣợc trang bị những kỹ thuật tinh vi hơn giúp con ngƣời quan
sát xa hơn vào không gian.
Những trạm phóng vệ tinh và tàu vũ trụ từ mặt trăng và sao hỏa sẽ là giải pháp tối
ƣu cho khoa học không gian của các thế kỷ tiếp theo của loài ngƣời.
Bên cạnh việc thám hiểm không gian, con ngƣời còn rất quan tâm đến vấn đề
nhiễm xạ của trái đất.
Các chuyên gia Nhật Bản đã phối hợp chế tạo một loại camera ứng dụng công
nghệ không gian, có thể sớm phát hiện tình trạng nhiễm phóng xạ trên mặt đất. Đã hơn
một năm sau thảm họa hạt nhân ở Nhật Bản, mối đe dọa vô hình vẫn còn lẩn quẩn tại
các khu vực gần nhà máy điện hạt nhân Fukushima số một. Để giải quyết vấn đề này,
các chuyên gia đã chế tạo thành công một camera mới cho phép con ngƣời quan sát
đƣợc mức độ nhiễm phóng xạ tại khu vực di tản khẩn cấp xung quanh nhà máy điện
hạt nhân, với bán kính 19km.

Hình 1.14: Các khu vực nhiễm phóng xạ hiện rõ trước ống kính của camera mới[10]
23


Công nghệ này hoạt động bằng cách phát hiện những phân tử phóng xạ phát ra tia
gamma, dạng ánh sáng mang theo năng lƣợng cao nhất trong toàn vũ trụ. Cơ quan
thám hiểm không gian Nhật Bản (JAXA) ban đầu phát triển công nghệ trên cho vệ tinh
quan sát tia X gọi là ASTRO-H. Tuy nhiên, sau đó họ tìm đƣợc cách chuyển đổi để tích
hợp vào camera có cái là Super-wide Angle Compton Camera (camera góc nhìn siêu
rộng Compton), có thể phát hiện các chất phóng xạ độc hại nhƣ Cesium 137 và Cesium
134. Góc nhìn 1800 của camera cho thấy các phân tử phóng xạ tản mát trên mặt đất và
trên nóc nhà của một ngôi làng trong vùng Fukushima, trong cuộc thử nghiệm vào
ngày 11/2/2012. Cho đến nay camera này đã đƣợc sử dụng để theo dõi vùng nhiễm xạ.
1.3.2. Lĩnh vực thám hiểm các đại dƣơng và địa tầm trái đất
Camera công nghệ cao đƣợc trang bị trên các tàu ngầm thám hiểm có ngƣời lái
hoặc không ngƣời lái điều khiển từ xa. Các camera này có khả năng “nhìn xuyên” màn
đêm của vực thẳm đại dƣơng, 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 dƣơng ngày nay chạy bằng năng
lƣợng hạt nhân và đƣợc gắn những chiếc camera quan sát 24h để ghi lại những cảnh
vật ở những môi trƣờng mà con ngƣời và các thiết bị thông thƣờng không thể đến đƣợc
do sức ép của nƣớc làm chúng vỡ tung. Các con tàu này đƣợc trang bị camera giám sát
đáy đại dƣơng 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 đƣợc trang bị camera hồng ngoại thế hệ mới nhất, giúp nhìn đƣợc trong
môi trƣờng ánh sáng bằng 0 của đáy đại dƣơng.
1.3.3. Lĩnh vực quân sự và an ninh
 Lĩnh vực quân sự: Đây có lẽ là lĩnh vực camera quan sát đƣợc ứng dụng triệt để
nhất trong hầu hết các thiết bị quân sự thế hệ mới nhƣ: máy bay do thám, máy bay

không ngƣời lái, tên lửa, tàu ngầm ….

24


Các camera tỏ ra đặt biệt hữu dụng trong việc giám sát mọi hoạt động của đối
phƣơng giúp máy bay không ngƣời lái tác chiến trực tiếp thông qua điều khiển từ trung
tâm. Các tên lửa hành trình cũng đƣợc camera giám sát hành trình dẫn đƣờng và đi đến
đúng mục tiêu định trƣớc trong sai số chỉ vài centimet. Các tàu ngầm ngày này thông
qua rada và máy quét siêu âm, nó còn đƣợc trang bị camera KTS có khả năng quan sát
tất cả các hƣớng với hình ảnh video rõ ràng.
Hiện nay một số nƣớc đã sử dụng thiết bị báo động hồng ngoại và camera lắp đặt
dọc biên giới giữa các nƣớc để canh phòng an ninh biên giới và chống buôn lậu tỏ ra
rất hiệu quả. Hình ảnh thu đƣợc từ camera giúp lực lƣợng biên phòng ngăn chặn thành
công việc xâm phạm biên giới và vận chuyển hàng lậu tại các vùng biên giới.
 Lĩnh vực an ninh: Bên cạnh đó xu hƣớng phát triển công nghệ giám sát an ninh
từ xa hiện đại, tiên tiến nhất trên thế giới đƣợc áp dụng nhằm đƣa 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 đƣợc ứng dụng rộng rãi trên thế giới nói chung và Việt Nam nói
riêng do những lợi ích to lớn mà công nghệ này mang lại đối với sự phát triển khoa học
công nghệ và kinh tế xã hội. Các hệ thống camera trƣớc đó mới chỉ dừng lại ở việc
giám sát, theo dõi và ghi lại hình ảnh chứ chƣa có khả năng đoán trƣớc và phòng ngừa
sự cố. Công nghệ hiện đƣợc giới thiệu khác hẳn so với các công nghệ trƣớc. Nó dựa
vào việc phân tích hình ảnh và đoán trƣớc sự việc, cho phép cảnh báo, phòng ngừa,
tích hợp hệ thống để tự động xử lý khi có sự cố xảy ra giúp chúng ta phòng ngừa tránh
đƣợc sự cố.
Công nghệ nhận diện khuân mặt có tính ƣu thế hơn nhận dạng vân tay bởi vân tay
có thể bị sao chép hoặc bị làm hỏng trong khi mặt con ngƣời rất khó đề lừa đƣợc ngƣời
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 đƣợc kẻ tình nghi, còi ở camera sẽ tự động kêu lên. Với hệ thống này

có thể ngƣời sử dụng cũng không cần tới camera mà chỉ cần một mobile có gắn chíp
FR kết hợp với công nghệ giám sát mới có thể tìm thấy 36 triệu khuôn mặt khác có nét

25