Nghiên cứu xây dựng hệ thống camera giám sát và ứng dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG CAMERA
GIÁM SÁT VÀ ỨNG DỤNG

TRẦN HUY HÀ
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
MÃ SỐ: 8.48.02.01

HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS NGUYỄN VĂN TAM

HÀ NỘI - 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sĩ: “NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ
THỐNG CAMERA GIÁM SÁT VÀ ỨNG DỤNG” là công trình nghiên cứu
của riêng tôi.
Các số liệu, thông tin được sử dụng trong luận văn này là trung thực và chưa
từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào trước đây.
Hà Nội, ngày

tháng

Tác giả luận văn

Trần Huy Hà

i

năm 20


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Trường Đại học Mở Hà Nội đã
đào tạo, trau dồi cho tôi những kiến thức thật bổ ích trong suốt thời gian vừa qua.
Xin cảm ơn PGS. TS NGUYỄN VĂN TAM đã hướng dẫn em hoàn thành
luận văn trong thời gian vừa qua. Thầy đã định hướng cho em làm luận văn, hướng
dẫn, truyền đạt lại những kiến thức rất bổ ích, cũng như cung cấp những tài liệu cần
thiết để em hoàn thành được luận văn.
Xin cảm ơn các thầy (cô) trong khoa Công Nghệ Thông Tin Trường Đại học
Mở Hà Nội đã đào tạo và cung cấp cho em những kiến thức hữu ích, làm hành trang
áp dụng vào cuộc sống.
Cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè đã động viên tôi hoàn thành luận văn
tốt nghiệp.
Hà Nội, ngày

tháng

Tác giả luận văn

Trần Huy Hà

ii

năm 20


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .................................................................................. v
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ ix
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CAMERA GIÁM SÁT ..................................... 2
1.1. Giới thiệu về hệ thống camera giám sát ......................................................... 2
1.1.1. Lịch sử ..................................................................................................... 2
1.1.2. Các thông số kỹ thuật đặc trưng ................................................................. 3
1.1.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của camera ............................................. 13
1.1.4. Phân loại hệ thống camera giám sát .......................................................... 16
1.1.5. Ứng dụng hệ thống camera giám sát ......................................................... 21
1.2. Kỹ thuật nén video trong camera giám sát ....................................................... 23
1.2.1. Sự cần thiết phải nén video ...................................................................... 23
1.2.2. Chuẩn nén video tiên tiến H.264 .............................................................. 25
1.2.3. Lưu trữ video trong hệ thống camera giám sát ............................................. 26
CHƢƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CAMERA GIÁM SÁT SỬ DỤNG
CAMERA IP ........................................................................................................... 36
2.1. Cấu trúc của camera IP ............................................................................... 36
2.2. Nguyên lý hoạt động của camera IP ............................................................ 36
2.3. Phân loại Camera IP ................................................................................... 37
2.3.1. Camera IP thường ................................................................................... 37
2.3.2. Camera IP wifi ............................................................................................... 37
2.4. Công nghệ truyền dẫn của camera IP ................................................................ 37
2.4.1. PoE(Power over Ethernet) - Cung cấp nguồn qua mạng ............................... 37
2.4.2. EoC(Ethernet over Coax) - Truyền dữ liệu qua cáp đồng trục ...................... 39

iii

2.5. Yêu cầu của hệ thống ........................................................................................ 41
2.6. Kiến trúc tổng thể của hệ thống ........................................................................ 43
2.7. Thiết kế các hệ thống thành phần ................................................................ 45
2.7.1. Thiết kế Mạng các camera giám sát .......................................................... 45
2.7.2. Thiết kế Trung tâm camera giám sát .............................................................. 49
2.7.3. Thiết kế điểm giám sát

..................................................................... 52

CHƢƠNG 3. THỰC THI HỆ THỐNG CAMERA GIÁM SÁT THỬ NGHIỆM

........................................................................................................................ 55
3.1. Xây dựng bài toán ...................................................................................... 55
3.2. Thực thi hệ thống .............................................................................................. 57
3.2.1 Thiết kế sơ đồ tổng quát ................................................................................. 57
3.2.2 Thiết kế trung tâm camera .............................................................................. 58
3.3 Đánh giá hệ thống camera ................................................................................. 59
3.4 Kết quả đạt được ............................................................................................... 59
3.5 Ý nghĩa của hệ thống camera ............................................................................ 65
3.6 Mục tiêu trong tương lai .................................................................................... 65
KẾT LUẬN ............................................................................................................. 66
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................... 67

iv


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu tạo của một mắt camera giám sát ...................................................... 13
Hình 1.2. Một con chip xử lý trong camera giám sát ............................................... 14
Hình 1.3. Nguyên lý hoạt động của camera ............................................................. 15

Hình 1.4. Minh họa về camera nhận diện khuôn mặt .............................................. 15
Hình 1.5. Camera samsung dạng hộp SCZ-3370 ..................................................... 17
Hình 1.6. Camera DOME HDCVI VANTECH VP-112CVI .................................. 17
Hình 1.7. Camera PTZ Hikvision DS-2DE4220IW-DE .......................................... 18
Hình 1.8. Camera PTZ Hikvision DS-2DE4220IW-DE .......................................... 18
Hình 1.9. Camera IP Wifi 2.0 MP HIKVISION DS-2CD2121G0-IWS ................. 19
Hình 1.10. Camera IP không dây J119 .................................................................... 19
Hình 1.11. Camera mạng bán cầu màu Ngày-Đêm WV-SF335E ........................... 19
Hình 1.12. Camera cảm ứng nhiệt FLIR – TELLUSTECH VINA ......................... 20
Hình 1.13. Hyper Wide Dynamic IR Dome Camera with 2.8 -10.5mm Varifocal Lens 20
Hình 1.14. Giải pháp lưu trữ truyền thống – DAS ................................................... 27
Hình 1.15. DAS (Direct Attached Storage): lưu trữ dữ liệu qua các thiết bị gắn trực
tiếp ............................................................................................................................ 28
Hình 1.16. NAS (Network Attached Storage): lưu trữ dữ liệu vào thiết bị lưu trữ
thông qua mạng IP. .................................................................................................. 29
Hình 1.17. SAN (Storage Area Network): lưu trữ dữ liệu qua mạng lưu trữ chuyên
dụng riêng ................................................................................................................. 30
Hình 1.18. Mô hình hệ thống lưu trữ tin cậy ........................................................... 33
Hình 1.19. Lưu trữ đám mây .................................................................................... 34
Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc camera IP .......................................................................... 36
Hình 2.2. Mô hình camera giám sát ......................................................................... 46
Hình 2.3. Lưu đồ của Hệ thống camera giám sát ..................................................... 51
Hình 2.4. Chức năng của Trung tâm camera giám sát ............................................. 53
Hình 2.5. Lưu đồ thuật toán báo động, lưu trữ sự kiện ............................................ 54

v


Hình 2.6. Lưu đồ thuật toán xác định thông tin của camera .................................... 56
Hình 3.1. Sơ đồ tổng quan hệ thống camera ............................................................ 58

Hình 3.3. Giao diện đăng nhập vào trang quản lý camera IP .................................. 60
Hình 3.4. Giao diện trang quản lý ............................................................................ 60
Hình 3.5. Một số chức năng cần chú ý ..................................................................... 61
Hình 3.6. Chế độ xem trực tiếp của camera ............................................................. 61
Hình 3.7. Chế độ xem lại (Playback) ....................................................................... 62
Hình 3.8. Chế độ xem lại của một camera ............................................................... 62
Hình 3.9. Giao diện tải xuống các video quay lại .................................................... 63
Hình 3.10. Giao diện cấu hình báo động .................................................................. 65
Hình 3.11. Cấu hình gửi Email cho quản trị viên .................................................... 65

vi


DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT
STT

Từ viết tắt

Tiếng Anh

1

AI

2

CCD

Charge Coupled Device

3

CCTV

Closed Circuit Televison

4

DAS

Direct Attached Storage

5

DNR

Digital Noise Reduction

6

DSP

Digital Signal Processor

7

DVR

Digital video recoder

8

IoT

Internet of Things

9

IP

Internet Protocol

10

IR

Infrared

Hồng ngoại

11

LAN

Local Area Network

Mạng nội bộ

12

ML

Machine Learning

Học máy

13

NAS

Network Attached Storage

14

NVR

Network Video Recorder

15

OSD

On-Screen Display

Artifical Intelligence

vii

Tiếng Việt
Trí tuệ thông minh

nhân tạo
Linh kiện tích điện
kép
Truyền hình mạch
kín
Thiết bị lưu trữ trực
tiếp
Giảm nhiễu kỹ thuật
số
Bộ xử lý tín hiệu số
Đầu ghi hình kỹ
thuật số
Mạng lưới vạn vật
kết nối internet
Giao thức mạng máy
tính

Lưu trữ thông qua
mạng
Máy ghi hình thông
qua mạng
Hiển thị trên màn
hình


Cấp nguồn qua

16

POE

Power Over Ethernet

17

PTZ

Pan-Tilt-Zoom

18

SAN

Storage Area Network

Mạng lưu trữ

19

TVL

Tivi line

Độ phân giải

20

VPN

Virtual Private Network

Mạng riêng ảo

viii

đường mạng
Xoay-nghiêng-phóng
to


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Quy đổi thông số ống kính ........................................................................ 5

ix


MỞ ĐẦU
Hệ thống camera giám sát bao gồm các máy quay video (camera) giám sát
các đối tượng từ xa như các địa điểm công cộng hoặc riêng tư, truyền dẫn video
đến máy chủ và đơn vị giám sát. Nó đã được áp dụng rộng rãi trong các hệ thống
vật lý không gian mạng khác nhau, bao gồm phân tích giao thông, chăm sóc sức
khỏe, an toàn công cộng, theo dõi động vật hoang dã, tòa nhà thông minh, tự động
hóa công nghiệp và giám sát môi trường / thời tiết. Đặc biệt, trong thời gian gần
đây, việc ứng dụng hệ thống camera giám sát trong hoạt động của cơ quan nhà nước
phát triển mạnh mẽ như giám sát các cơ sở hạ tầng nhạy cảm, biên giới, tòa nhà
chính phủ, phòng thí nghiệm, căn cứ quân sự và nhà tù ở cấp quốc gia, giám sát an
ninh biên giới hay thủ tục xuất nhập cảnh, giao dịch hải quan. Việc thiết kế một hệ
thống giám sát video có khả năng quản lý số lượng lớn các loại camera khác nhau
và có khả năng lưu trữ hàng trăm TB video để triển khai ứng dụng đang là nhu cầu
cấp thiết cần giải quyết. Từ nhu cầu thực tế đó, học viên với sự giúp đỡ của PGS.

TS Nguyễn Văn Tam lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu xây dựng hệ thống camera
giám sát và ứng dụng” cho luận văn tốt nghiệp của mình.
Bố cục của Luận văn gồm ba chương:
Chương 1 “Tổng quan về camera giám sát” giới thiệu về lịch sử ra đời và
phát triển, các thông số kỹ thuật đặc trưng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động, phân
loại và ứng dụng của hệ thống camera giám sát. Chương 1 cũng đề cập tới giải pháp
lưu trữ trên mạng và trên “đám mây” cho hệ thống camera giám sát có dung lượng
lưu trữ lớn.
Chương 2 trình bày cấu trúc, hoạt động, truyền dẫn của camera IP, kiến trúc
và thiết kế các thành phần, đặc biệt thiết kế Trung tâm cho hệ thống camera giám
sát.
Chương 3 xây dựng hệ thống camera giám sát thử nghiệm và đánh giá kết
quả

1


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CAMERA GIÁM SÁT
1.1. Giới thiệu về hệ thống camera giám sát
1.1.1 Lịch sử
Sự ra đời của camera quan sát đầu tiên được xây dựng bởi Siemens AG tại
Test Stand VII ,Peenemünde, Đức năm 1942 nhằm quan sát quá trình phóng của tên
lửa V-2. Kỹ sư người Đức là Walter Bruch đã chịu trách nhiệm cho việc thiết kế
công nghệ và lắp đặt camera quan sát. Tại Mỹ, hệ thống camera quan sát đầu tiên có
mặt trên thị trường từ năm 1949 và được gọi là Vericon. Có rất ít thông tin về
Vericon ngoại trừ nó được quảng cáo là không cần giấy phép của chính phủ. Hệ
thống camera quan sát khi đó thường được sử dụng tại các địa điểm ra mắt hiện đại
để ghi lại hành trình của các tên lửa, để giám sát và phát hiện ra các nguyên nhân sự
cố, các cuộc thử nghiệm tên lửa lớn hơn thường được trang bị camera quan sát cho
phép hình ảnh của giai đoạn tách và truyền về trạm điều khiển bằng các tín hiệu vô

tuyến.
Đến đầu thập niên 1990 công nghệ ghép kênh kỹ thuật số, cho phép cùng lúc
nhiều camera ghi lại cả âm thanh và hình ảnh khiến việc lắp đặt camera quan sát
phổ biến hơn trên cả nước Mĩ đồng thời tiết kiệm và hiệu quả. Từ giữa thập niên
1990 trở đi, số sở cảnh sát trên toàn nước Mĩ cho phép lắp đặt camera quan sát ở
những nơi công cộng, các phòng ban, nhà ở cũng đều tăng. Đặc biệt sau vụ tấn công
11 tháng 9, camera quan sát trở thành chuẩn an ninh ở Mĩ để ngăn chặn các cuộc tấn
công khủng bố trong tương lai.
Lịch sử ra đời của camera quan sát tại Mĩ được phát triển dựa trên camera
quan sát của Anh. Xuất hiện lần đầu tiên năm 1973 tại quảng trường Times - New
York, NYPD lắp đặt camera quan sát để phát hiện và ngăn chặn tội phạm đang phát
triển trong khu vực. Tuy nhiên tỷ lệ tội phạm dường như không giảm nhiều. Đến
những năm thập niên 1980 thì lắp đặt camera quan sát phát triển rộng trên khắp cả
nước đặc biệt là các khu công cộng. Camera quan sát được xem như là một cách tiết

2


kiệm để ngăn chặn tội phạm so với việc tăng số cảnh sát. Một số camera quan sát
sau này được lắp đặt rất phổ biến ở các ngân hàng và các cửa hàng để phát hiện,
ngăn chặn hành vi trộm cắp và phạm tội nói chung. Camera quan sát dần dần được
phỗ biến rộng rãi và được nhiều người biết đến. Vào tháng 9 năm 1968, Olean, New
York là thành phố đầu tiên tại Mĩ cho phép lắp đặt camera quan sát cùng đường phố
kinh doanh chính của mình trong một nỗ lực để chống tội phạm.
Trong những năm gần đây, nỗi sợ hãi tội phạm ngày càng tăng nhanh đặt biệt
là trong những năm 1990 và những năm 2000, việc sử dụng camera quan sát ở
những không gian công cộng được lắp đặt rất nhiều.

1.1.2 Các thông số kỹ thuật đặc trưng
Chất lƣợng hình ảnh:

Chất lượng hình ảnh của camera phụ thuộc vào các thông số sau:


Image Sensor: Cảm biến hình
Là bộ phận đầu tiên của camera tiếp nhận hình ảnh. Sau khi bắt ánh sáng, các

chip cảm ứng có nhiệm vụ chuyển chúng thành các điện tử. Các điện tử này sau đó
sẽ được chuyển thành điện áp (để có thể đo lường được) rồi chuyển sang dạng tín
hiệu số mà chúng ta thấy được.


Resolution: Độ phân giải
Độ phân giải chỉ lượng thông tin được chứa đựng trong một tập tin ảnh kỹ

thuật số được hiển thị trên các thiết bị hoặc được in ra, thông thường được đo bằng
pixel. Nói một cách tổng quát, độ phân giải của bức ảnh càng cao, thì việc hiển thị
nó trên website hoặc trang in càng chi tiết và mượt mà - do đó một vài bức ảnh có
độ phân giải rất cao có thể chứa nhiều pixels hơn mức mà mắt người có thể nhìn
thấy.


CCD Total pixels: Số điểm ảnh
Thông số này nói lên chất lượng hình ảnh, số điểm ảnh càng lớn thì chất

lượng hình ảnh càng tốt, tuy nhiên, chất lượng hình ảnh càng tốt thì cũng đồng

3


nghĩa với dung lưọng ảnh càng lớn, và sẽ tốn bộ nhớ lưu trữ cũng như ảnh hưởng

đến tốc độ đường truyền. Thông thường là với NTSC: 811 (H) x 508 (V), với PAL:
795(H)x596 (V)


Power Supply: Nguồn cung cấp
Hiện nay đa số các Camera đều dùng loại nguồn 12VDC, chỉ một số ít các

Camera dùng nguồn khác. Tuy nhiên, không phải lo lắng đến vấn đề nguồn 12VDC,
vì phần lớn các Camera đều đi kèm với bộ chuyển đổi nguồn, do đó có thể sử dụng
trực tiếp nguồn 220VAC


Operation Temperature: Nhiệt độ hoạt động
Phần lớn các Camera đều cho phép hoạt động trong dải nhiệt độ -100C –

500C, nếu Camera được sử dụng trong những điều kiện khắc nghiệt như trong công
nghiệp, khu vực có nhiệt độ cao thì nên sử dụng các loại Camera chuyên dụng trong
công nghiệp.


Operation Humidity: Độ ẩm cho phép
Thông thường, độ ẩm cho phép là 85% RH (độ ẩm tương đối)
Góc quan sát:
Ống kính camera quyết định đến tầm xa và góc quan sát của camera. Trong

tài liệu kĩ thuật thường không ghi góc mở, mà ghi thông số tiêu cự thay cho góc mở.
Có thể sử dụng bảng quy đổi sau:

4

Bảng 1.1: Quy đổi thông số ống kính

Bảng 1.1: Quy đổi thông số ống kính
Các thông số khác:


Auto Gain Control: Tự động kiểm soát độ lợi



Auto White Balance: Tự động cân bằng ánh sáng

5




Backlight Compresation: Bù ánh sáng ngược



Auto Electric Shutter: Tự động chống shock điện
Camera Analog là các hình ảnh video kỹ thuật số nhận được từ các camera

giám sát sẽ chuyển về đầu ghi hình thông qua cáp đồng trục.
Hệ thống Camera analog không phụ thuộc vào mạng Internet hay tốc độ
đường truyền internet.


Nó là mạng độc lập nên tính bảo mật cao và không bị truy cập trái phép nếu
không kết nối internet.



Chất lượng đường truyền tín hiệu ổn định.



Hầu hết các camera quan sát an ninh hiện nay là camera analog.
Camera IP là loại camera quan sát truyền tải hình ảnh video dựa trên mạng

IP. Vì vậy được gọi là Camera IP hay Camera kết nối mạng.
Chúng có thể được dễ dàng tích hợp vào một cơ sở hạ tầng mạng internet
hiện có, tuy nhiên phải kiểm tra tác động trên băng thông hiện có và phải phân tích
tính đồng bộ trước khi lắp đặt.
Khi muốn lắp đặt camera giám sát an ninh với số lượng lớn mà sử dụng
camera IP thì nên lắp đặt một mạng riêng biệt (cổng IP độc lập) do tính chất băng
thông chuyên sâu trong những Camera IP.
Ngoài ra còn phải tính đến độ dài hạn chế 100 mét là giới hạn truyền dẫn một
cáp mạng có thể chạy được.
CCD là viết tắt cho Coupled Device Tính, tương tự như là võng mạc của mắt
người. Đây là thiết bị điện tử bên trong Camera phát hiện ánh sáng vào Camera và
chuyển đổi một hình ảnh được xử lý và ghi lại. Một camera quan sát tốt thì có cảm
biến CCD độ nhạy rất cao.
Day / Night Camera: camera an ninh là các loại Camera quan sát có khả
năng tự động chuyển đổi giữa các chế độ nhận biết giữa ngày và đêm. Một camera

6

giám sát tiêu chuẩn quan sát ngày đêm có các bản ghi hình với màu sắc vào ban
ngày và sử dụng phần mềm để lọc ra ánh sáng hồng ngoại vào ban đêm.
 Vào ban đêm, camera chuyển sang màu đen và trắng và ngừng lọc ra ánh
sáng hồng ngoại, nếu có ánh sáng vừa đủ vào ban đêm chíp xử lý sẽ cho ra
hình ảnh có màu sắc.
 Điều này cho phép bạn sử dụng đèn chiếu sáng hồng ngoại để cung cấp
ánh sáng bổ sung trong các khu vực tối vào ban đêm. TRUE Day/night
Camera là một loại camera tiên tiến có sử dụng một IR Cut Filter để cung
cấp chức năng Day/night. Sử dụng một bộ lọc cắt IR cho phép Camera cho ra
một hình ảnh rõ nét hơn và sáng hơn vào cả ngày và chế độ ban đêm.
DNR là độ nhiễu hình (hình bị hạt bụi), viết tắt Digital Noise Reduction. Các
nguyên nhân của độ nhiễu có thể là dao động từ ánh sáng rải rác, tín hiệu điện tử
bên ngoài can thiệp tín hiệu điện tử của Camera,….
 Bởi vì độ nhiễu hình có thể ảnh hưởng đến chất lượng, một số Camera
thực hiện DNR hoặc giảm nhiễu kỹ thuật số DSP để khắc phục.
 DNR xử lý video bằng cách sử dụng một thuật toán, lần đầu xác định các
tín hiệu nhiễu và thứ hai loại bỏ những tín hiệu nhiễu.
 Kết quả là cho ra một hình ảnh rõ ràng hơn nhiều, đặc biệt là trong tình
huống ánh sáng thấp, nhiễu hình là vấn đề rất khó chịu.
DVR là sự kiện chuyển động ghi hình, DNR làm giảm các sự cố của
chuyển động giả như nhiễu hình có thể được hiểu là chuyển động trong một số
trường hợp. Điều này có thể làm tăng đáng kể dung lượng lưu trữ của DVR.
 Dual Voltage là điện áp kép, camera an ninh thường được hỗ trợ với một
trong hai điện áp khác nhau.
 Hầu hết các camera an ninh là 12VDC, một số Camera chấp nhận 24VAC
nhưng các camera an ninh tinh vi nhất là điện áp kép và có thể được hỗ trợ
với hoặc 12VDC hoặc 24VAC. Điều này làm cho việc lắp đặt camera an
ninh dễ dàng hơn nhiều. 12VDC chỉ có thể được chạy cho độ dài ngắn bởi vì

7


sự suy giảm điện áp xảy ra khi chạy điện áp thấp. 24VAC có thể được chạy
khoảng cách dài hơn nhiều hoặc sử dụng một dây tín hiệu nhỏ hơn.
DSP là chữ viết tắt tiếng Anh của Digital Signal Processor. Tại trung tâm
của tất cả các camera an ninh là bộ xử lý tín hiệu DSP hoặc Digital Signal
Processor.
 Camera nhận được tín hiệu từ các cảm biến ảnh CCD và đặt nó lại với
nhau thành một khung hình video.
 DSP sẽ chuyển thành hình ảnh video trước khi làm giảm độ nhiễu kỹ thuật
số hoặc các chức năng WDR.
 Một DSP chất lượng cao là sự khác biệt lớn trong chất lượng của hình ảnh
Camera.
TVL là từ viết tắt của Tivi line, tức độ phân giải của Camera CCD được đo
bằng TVL. Đây là số vật lý của đường ngang của tế bào ánh sáng phát hiện trên
CCD. Con số này càng cao thì cho chất lượng hình ảnh tốt hơn. Trong mọi trường
hợp, TVL cao hơn cho chất lượng hình ảnh tốt hơn. Con số này không liên quan đến
độ phân giải ghi hình của DVR.
IP Rating là chuẩn IP, viết tắt tiếng anh Ingress Protection (IP) Đánh giá
phân loại mức độ bảo vệ chống lại sự xâm nhập của các vật thể rắn (bao gồm cả các
bộ phận cơ thể như tay và ngón tay), bụi và nước. Thông thường, điều này được viết
như là “IP 67” hoặc “IP 65”, ... Bạn có thể sử dụng số này để xác định nếu một
Camera đặc biệt được đánh giá đúng để sử dụng mà bạn cần nó.
IR Cut Filter: Một IR Cut Filter được sử dụng trong camera giám sát tất cả
các chế độ ngày/đêm. Bộ lọc này nằm ở phía trước của CCD và khối lạc ánh sáng
hồng ngoại vào camera. Trong đêm, các bộ lọc cơ học di chuyển ra khỏi con đường
ánh sáng để cho phép tất cả ánh sáng vào Camera, bao gồm cả ánh sáng hồng ngoại,
cho phép camera xem chi tiết hơn trong ánh sáng thấp và cũng để tận dụng lợi thế
của bất kỳ đèn chiếu sáng hồng ngoại để cung cấp thêm ánh sáng.

8


Infrared viết tắt IR – Hồng ngoại: Đề cập đến một bước sóng của ánh sáng
bên ngoài phạm vi của mắt người. Ánh sáng này được phân loại thành ba loại, ngắn,
trung và dài. CCD sử dụng trong camera an ninh nhạy cảm với ánh sáng hồng ngoại
(camera hồng ngoại) gần và lọc ra ánh sáng bằng cách sử dụng một bộ lọc phần
mềm hoặc ICR Cut Filter. Tùy thuộc vào loại lọc được sử dụng và ứng dụng của
Camera, một số ánh sáng hồng ngoại có thể được phép vào Camera để hạ thấp LUX
của Camera và cho phép nó để xem tốt hơn trong điều kiện ánh sáng thấp hơn.
Lux là đo tỷ lệ của cường độ ánh sáng, như cảm nhận của mắt người, ánh
sáng đập vào hoặc đi qua một bề mặt. Thông số LUX của camera đo tỷ lệ của ánh
sáng thấp nhất, trong đó camera này tạo ra một hình ảnh mà con người cảm nhận.
Mỗi thiết kế camera có thể có tỷ lệ LUX khác nhau do sử dụng các bộ lọc khác
nhau và loại CCD sử dụng.
Một số ví dụ đặc trƣng


Ánh sáng mặt trời chiếu thẳng: 100.000 – 130.000 lux



Ánh sáng ban ngày bình thường: 10.000 – 20.000 lux



Ngày có mây: 1000 lux



Văn phòng: 200 – 400 lux



Ngày quá tối: 100 lux



Mờ sáng: 10 lux



Sẩm tối : 1 lux



Trăng tròn : 0,1 lux



Trăng khuyết : 0,01 lux



Trời tối nhiều mây và không có trăng: 0,0001 lux

OSD – On-Screen Display: Hầu hết các Camera chỉ đơn giản là thu thập
hình ảnh cho đầu ghi hình DVR để xử lý.

9


Tuy nhiên, một số Camera cao cấp hơn có được chức năng thực hiện một số
xử lý hình ảnh như giảm tiếng ồn trước khi nó được chuyển vào DVR. Hầu hết
những Camera có một OSD, hoặc hiển thị On-Screen. Đây là một hệ thống menu
được hiển thị trên màn hình hệ thống giám sát và được tạo ra từ Camera. Nó được
sử dụng để thay đổi các thiết lập và thực hiện các điều chỉnh khác nhau để camera
giám sát xử lý xử lý hình ảnh.
Varifocal: Ở chế độ cơ bản nhất, một Camera có ống kính tập hợp ánh sáng
cho Camera quan sát. Hầu hết các ống kính này có một góc nhìn cố định mà không
có thể được điều chỉnh. Điều này được biết đến như một ống kính cố định. Một loại
cao cấp hơn của ống kính camera giám sát có thể được điều chỉnh để cho phép linh
hoạt hơn khi Camera quan sát vật. Đây là loại ống kính được gọi là Varifocal. Nó
có thể được “thu nhỏ” trong và ngoài do các giới hạn của thiết kế của ống kính.
Một số ống kính “Ống kính có dải tiêu cự” được thiết kế cho phạm vi quan sát lớn,
trong khi đó loại khác cho phép chỉ có điều chỉnh nhỏ.
Camera Megapixel : Về cơ bản có hai loại camera an ninh. Tương tự CCTV
camera an ninh phổ biến hoặc Camera IP. Camera an ninh bình thường được kết nối
với các thiết bị ghi hình (DVR) với cáp đồng trục và kết nối được từ camera an ninh
trực tiếp tới một input của DVR. IP camera – camera an ninh mạng chỉ đơn giản là
kết nối với mạng hiện có có dây hoặc wirelessely.
Thiết bị đầu ghi IP (NVR hoặc Network Video Recorder) có thể nhận được
các video từ Camera qua mạng IP mà không cần kết nối trực tiếp Camera an ninh
thông qua cáp đồng trục. Vì Vậy làm cho việc lắp đặt dễ dàng hơn và sử dụng cáp ít
hơn nhiều. Camera IP có độ phân giải khác nhau. Camera độ phân giải cao nhất
là IP Megapixel camera. Những Camera giám sát thường sử dụng bộ cảm biến
CMOS thay vì cảm biến CCD và có khả năng cung cấp độ phân giải cao hơn nhiều
so với các camera an ninh CCTV tiêu chuẩn. Các camera an ninh Megapixel thường
đắt hơn so với các camera an ninh giám sát tiêu chuẩn, bởi vì sự gia tăng ở độ phân

giải Megapixel, camera an ninh thường có thể làm công việc cho một số Camera
CCTV. Một vấn đề thường gặp khi cài đặt một camera an ninh Varifocal là vào ban

10


ngày, camera an ninh được tập trung độ nét, nhưng vào ban đêm, camera CCTV có
vẻ là tập trung độ nét. Điều này đôi khi được gọi là Focus Shift. Vấn đề này xảy ra
bởi vì khi bạn Focus vào các Camera ngoài trời trong ngày, iris tự động là tốt hơn
để ngăn chặn một số ánh sáng. Cố gắng focus một camera an ninh trong điều kiện
ánh sáng này sẽ gây ra các hình ảnh được focus vào ban đêm nếu không có ánh sáng
hiện tại. Vào ban đêm, Iris là ở vị trí mở cửa hoàn toàn cho phép ánh sáng càng
nhiều càng tốt để nhập các CCD. Điều này làm cho hình ảnh để được ra khỏi Focus.
Có bốn giải pháp về vấn đề này để tập trung độ nét:
-

Bạn có thể điều chỉnh Focus trong nhà trước khi lắp đặt bên ngoài.

-

Chọn một đối tƣợng có khoảng cách xấp xỉ khoảng cách tương tự

như đối tượng ngoài trời sẽ làm, sau đó gắn kết các Camera sau khi điều chỉnh
Focus hoàn tất, bạn có thể gắn camera vào ban đêm để kiểm tra Camera trong môi
trường ánh sáng yếu.
-

Bạn có thể thêm ánh sáng hồng ngoại hoặc ánh sáng tự nhiên để

xem Camera duy trì một khu vực sáng ánh sáng vào ban đêm.

-

Nhà sản xuất camera quan sát sẽ sử dụng một neutral density

filter – Bộ lọc tập trung trung lập.
Đối với một Camera màu sắc, ta sẽ sử dụng một bộ lọc ND1, cho Camera
màu đen và trắng, ta có thể chọn một bộ lọc ND3.
Ta sẽ gắn kết các hoạt động ngoài trời Camera, nhưng đặt các bộ lọc mật độ
trung tính ở phía trước của ống kính trong khi tập trung các camera an ninh.
Điều này sẽ gây ra Iris để mở để bù đắp cho môi trường ánh sáng thấp hơn,
nhưng vẫn sẽ cho phép ta tập trung vào tiêu điểm của ta.
POE – Power Over Ethernet: Nhiều camera IP có thể được hỗ trợ với POE
(Power Over Ethernet). Thường có những hạn chế khoảng cách cung cấp điện cho
một camera an ninh theo phương pháp này.

11


Giải pháp POE là một phương pháp cung cấp điện bởi vì thường là một cáp
ethernet duy nhất có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng và video cho một
Camera an ninh Megapixel hoặc IP.
Thông thường, POE sẽ yêu cầu sử dụng của một chuyển đổi POE hoặc phun
POE.
PTZ – Camera PTZ camera an ninh được lắp đặt thêm động cơ cho phép
người dùng điều khiển các camera an ninh Pan, Tilt và zoom từ DVR hoặc từ một
bàn phím hoặc phím điều khiển PTZ kết nối.
Camera PTZ thường có sẵn với một loạt các ống kính có thể được kiểm soát
tự động.
Thông thường, bạn sẽ tìm thấy 10X, 22X, 23X, 27x hoặc 36x PTZs. Độ
phóng đại cao hơn, thông thường các ống kính càng lớn.

Khả năng zoom có thể được từ một trong hai phương pháp.
Zoom quang học chất lượng cao nhất và được thực hiện bởi ống kính riêng
của mình.
Ví dụ một PTZ 10X có thể có một ống kính 3,8-38mm. Các phương pháp
khác của Zoom là zoom kỹ thuật số. Zoom kỹ thuật số được thực hiện bởi DSP (xử
lý tín hiệu kỹ thuật số) của các camera an ninh.
Vì điều này được thực hiện kỹ thuật số, sẽ có một số pixillation và
degredation chất lượng của video đã được xử lý.
Hầu hết các Camera an ninh PTZ ngày nay sử dụng một sự kết hợp của cả
hai phương pháp.
WDR : Camera giám sát Wide Dynamic Range (WDR) là một loại Camera
được sử dụng nơi có một phạm vi rất rộng các điều kiện ánh sáng xảy ra rất đa
dạng.
Ví dụ trong một văn phòng sáng lờ mờ với ánh sáng mặt trời trực tiếp thông
qua cửa sổ.

12


Một Camera bình thường sẽ thấy các văn phòng là tối hoàn toàn, trong khi
nhìn thấy chỉ có một đốm sáng trắng nơi cửa sổ.
Một Camera WDR dùng hai hình ảnh của một cảnh cho mỗi khung hình của
video.
Những hình ảnh đầu tiên được thực hiện để tối ưu hóa khả năng Camera để
xem các vùng ánh sáng lờ mờ, và hình ảnh thứ hai được điều chỉnh để thích ứng với
ánh sáng.
Hai hình ảnh này sau đó được kết hợp với nhau trong DSP của Camera để
cho ra một hình ảnh có thể được ghi lại rõ ràng.

1.1.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của camera

1.1.3.1 Cấu tạo thành phần của mắt camera giám sát
Đối với các dòng camera giám sát, dù là chuẩn công nghệ nào đi nữa
(Analog, AHD, HDTVI, HDCVI, IP…); camera kết nối có dây hay không dây thì
thiết bị cơ bản cũng có cấu tạo không đổi bởi những thành phần sau:
– Vỏ bảo vệ: ở bên ngoài camera được làm bằng nhựa hoặc hợp kim, sắt. Với
chức năng chính là bảo vệ thiết bị bên trong của mắt camera giám sát.
– Mắt camera giám sát gồm những thiết bị điện tử cùng với những chức năng
chuyên dụng được liên kết với nhau: ống kính, mạch điện tử, chip xử lý, cổng
giao tiếp ngoại vi

Hình 1.1: Cấu tạo của một mắt camera giám sát

13


1.1.3.2 Nguyên tắc hoạt động của camera giám sát
– Hình ảnh được đi qua ống kính quan sát của camera giám sát và hình
thành trên mặt CCD – ma trận sử dụng CFA – màng lọc màu cung cấp cho các bộ
chuyển đổi analog sang số (AFE).
– Và sau đó tín hiệu số sẽ được hình thành được truyền trực tiếp đến chip xử
lý. Thông qua chip xử lý và bộ khuếch đại thì các tín hiệu video sẽ được tạo ra.

Hình 1.2 : Một con chip xử lý trong camera giám sát
– V-Driver: chịu trách nhiệm cho sự hình thành độ sáng và quét ngang của
CCD trong camera.
– IRIS drive: có chức năng chính là điều khiển ống kính camera để đồng bộ
tín hiệu bên ngoài.
– RS485 sẽ kiểm soát điều khiển bộ vi xử lý, ví dụ như điều khiển chiếu sáng
đèn hồng ngoại camera, hay điều khiển thay thế cho các phím điều khiển OSD,..
– Bộ nhớ Flash: chứa bên trong các phần mềm điều khiển chip xử lý. Vì

vậy, người dùng có thể thông qua đó mà có thể truy cập qua các phím điều khiển để
từ đó thay thế một số các thiết lập.
– Chip I/O: giao tiếp vào ra như giao tiếp với bàn điều khiển xuất tín hiệu
điều khiển led tín hiệu báo động chuyển động.

14


Hình 1.3: Nguyên lý hoạt động của camera

1.1.3.3 Sự phát triển của camera trong thời đại “công nghệ 4.0”
Nhiều năm trở lại đây, cách mạng công nghệ bùng nổ, thế giới bước vào
thời đợi công nghệ 4.0 : công nghệ của big data , AI (trí tuệ nhân tạo) , IoT,..
Việc sử dụng AI cùng Machine Learning ( học máy) và big data cũng làm
cho sự phát triển camera giám sát lên một tầm cao mới: Camera nhận diện khuôn
mặt để rồi từ đó đóng góp lớn lao trong nhiều lĩnh vực trong xã hội.

Hình 1.4: Minh họa về camera nhận diện khuôn mặt

15