LA VIDÉOSURVEILLANCE 1. GÉNÉRALITÉS. Un système de vidéo surveillance fermé est constitué : - d'une caméra chargée de la prise de vues et de la conversion de l'image en un signal vidéo, - d'un support de transmission de l'information, - d'un moniteur dont le rôle est de traiter le signal vidéo et de restituer l'image. Le système est dit fermé car seul le moniteur câblé sur la ligne est en mesure de restituer l'image émise par la source. 2. LA LUMIÈRE. Un œil humain et une caméra ont des caractéristiques totalement différentes. Il est nécessaire de comprendre certaines notions concernant la lumière avant de concevoir une installation. L'éclairement. L'éclairement est le flux lumineux reçu par une surface. Il s'exprime en lux. Le tableau suivant précise quelques ordres de grandeur d'éclairement. Éclairement par un soleil d'été Éclairement par un soleil d'été nuageux Éclairement artificiel dans un bureau Éclairement minimal pour une lecture sans fatigue Éclairement d'un couloir Éclairement lors d'un lever de soleil Éclairement au crépuscule Éclairement à la pleine lune Éclairement par un ciel étoilé sans lune La réflexion. 50 000 lux 5 000 lux 500 lux 300 lux 50 lux 10 lux 1 lux 0,3 lux 0,001 lux Lorsqu'une caméra traduit l'image d'un objet, elle mesure l'éclairement en provenance de cet objet. Cet éclairement dépend de la source lumineuse ambiante et de la nature de l'objet. Le tableau suivant précise quelques ordres de grandeur de l'indice de réflexion de certains objets. Une route goudronnée 5 % Le feuillage d'un arbre 10 à 20 % Un mur de béton 25 à 30 % Un mur de briques rouges 35 % La neige 95 % 3. LA CAMÉRA. Avec l'évolution de la technologie, les caméras à tube cathodique ont été remplacées par les caméras à capteur CCD (Charge Coupled Device). Les avantages de la technologie CCD sont : - une durée de vie de 10 ans, - une grande résistance aux chocs, - une miniaturisation poussée, - la réponse spectrale étendue à l'infrarouge. doumai.pagesperso-orange.fr/imes/vid%e9o/cours%20vid%e9o%201.htm 1/7
3a. Le capteur. La taille. Le capteur est classé en fonction de la taille de sa diagonale qui est exprimée en pouce ou inch (1 inch=2,54cm). Il existe trois dimensions normalisées utilisées en vidéo-surveillance : - Half inch (demi-pouce) : capteur de grandes performances et surtout de haute sensibilité. - Third-inch (tiers de pouce) : capteur utilisé pour les applications les plus courantes. - Quarter-inch (quart de pouce) : capteur récent, d'une miniaturisation extrême. La définition. Le capteur intègre un certain nombre de cellules réceptrices (pixels : picture elements). Plus ce nombre est grand, meilleure est la définition de la caméra. En vidéo-surveillance, un capteur de bonne résolution intègre 750 lignes horizontales et 500 lignes verticales. Dans ce cas, le capteur est donc constitué de 750 x 500 = 375 000 pixels. La surface du capteur n'est pas utilisée totalement, les constructeurs fournissent ainsi deux caractéristiques : - Total pixels : c'est le nombre total de pixels qui constituent la surface du capteur (375 000 pixels). - Active pixels : c'est le nombre de pixels utilisés réellement par la caméra (350 000 pixels). La sensibilité. La sensibilité du capteur est le niveau d'éclairement minimal auquel il doit être soumis afin que la caméra produise une image exploitable. Elle s'exprime en lux. Les constructeurs fournissent deux caractéristiques de sensibilité : - sensibilité du capteur : éclairement minimal que le capteur doit recevoir pour produire une image exploitable. Cette caractéristique est technologiquement inexploitable. La lumière doit passer à travers un objectif avant d'atteindre le capteur CCD. - sensibilité de la caméra : c'est la spécification à retenir. Elle intègre le couple objectif / caméra. Afin d'améliorer la sensibilité, les constructeurs ont augmenté la surface apparente d'un pixel en le munissant d'une lentille. La quantité de lumière qui atteint la surface sensible est plus importante (OCL, One Chip Lens technology). Technologie classique Technologie OCL La couleur. Une image en couleurs est plus riche d'informations qu'une image monochrome. En effet, si des personnes habilitées à pénétrer dans une zone sécurisée doivent être vêtues d'une blouse orange, il est impossible de les discerner sur une image monochrome d'individus habillés d'une blouse bleue. Le rendu des gris est identique. Par contre, les caméras couleurs sont moins sensibles que les caméras noir et blanc. Ainsi, pour des applications en éclairement faible les caméras noir et blanc seront retenues. Pour satisfaire une demande particulière en vidéo-surveillance, des caméras hybrides ont été conçues. Lorsque l'éclairement est satisfaisant, l'image est transmise en couleurs, s'il est insuffisant, l'image est transmise en noir et blanc. 3b. L'objectif. La qualité de l'objectif est déterminante. La qualité de l'image en dépend directement. Afin de pouvoir choisir un objectif, il est nécessaire d'appréhender ses différents paramètres. La focale. En photographie ou en vidéo-surveillance (par approximation), la distance focale F est la distance comprise entre le foyer du système optique et le plan de formation de l'image sur la surface sensible du capteur CCD. Elle s'exprime en mm. Le foyer est le point de convergence des rayons. Les données suivantes précisent quelques ordres de grandeurs pour un capteur CCD demi-pouce : - l'objectif classique : F = 10mm (équivalent du 50mm en photographie). L'angle de couverture est équivalent à celui d'un œil humain. - le grand angle : F < 10mm. L'angle de couverture est important. Une focale de 17mm correspond à l'angle de vision des deux yeux humains. - le télé-objectif : F > 10mm. L'angle de couverture est réduit. doumai.pagesperso-orange.fr/imes/vid%e9o/cours%20vid%e9o%201.htm 2/7
- le télé-objectif : F > 10mm. L'angle de couverture est réduit. Cet objectif permet de «rapprocher» le plan à visualiser. - le zoom : c'est un objectif à focale variable. Calcul d'un objectif. Lors de la conception d'un système de vidéo surveillance, l'emplacement de la caméra et la zone à couvrir étant définis, l'installateur doit être capable de calculer la focale de l'objectif à monter sur la caméra. Les données connues sont : - les dimensions du capteur CCD, h pour la hauteur, l pour la largeur, - la distance entre la caméra et le plan à surveiller d, - la largeur L ou la hauteur H du plan à surveiller. Les deux triangles sont... On peut en déduire que F = ( h x D ) / H lors d'un calcul relatif à la hauteur du plan à visualiser, F = ( l x D ) / L lors d'un calcul relatif à la largeur du plan à visualiser. L'ouverture (aperture). Le diaphragme (iris) est une ouverture située derrière l'objectif. Cette ouverture règle la quantité de lumière qui atteint le capteur CCD. La qualité de l'image dépend de la quantité de lumière qui atteint le capteur CCD. Il y a : sur-exposition si la quantité de lumière soumise au capteur est trop importante. Les parties blanches de l'image ne présentent aucun détail. exposition normale si la quantité de lumière soumise au capteur est normale. Les parties blanches et les noires présentent des détails exploitables sous-exposition si la quantité de lumière soumise au capteur est insuffisante. Les parties noires de l'image ne présentent aucun détail. La caractéristique donnée par le constructeur est l'ouverture maximale. Cette grandeur f correspond au rapport qui existe entre le diamètre de la lentille frontale d et la focale F. f = d/f Ainsi, un objectif de focale 50mm muni d'une lentille frontale de 25mm a une ouverture de 2. Plus l'ouverture est petite, plus l'objectif est lumineux. En vidéo-surveillance, la caméra est fixe. L'ambiance lumineuse peut évoluer dans la journée. Il est donc nécessaire de réaliser une correction de l'exposition en temps réel. Deux solutions technologiques existent. L'iris mécanique. L'ouverture du diaphragme est asservie à l'éclairement. Ainsi : - si l'éclairement augmente, l'ouverture du diaphragme diminue afin que la surface sensible du capteur CCD soit exposée à la même quantité de lumière. - si l'éclairement diminue, l'ouverture du diaphragme augmente afin que la surface sensible du capteur CCD soit exposée à la même quantité de lumière. Cette solution à l'inconvénient d'être coûteuse car elle intègre une mécanique de précision. Elle est retenue lorsque les conditions d'éclairement varient rapidement. L'iris électronique. Le temps d'exposition est asservi à l'éclairement. Ainsi : - si l'éclairement augmente, le temps d'exposition diminue afin que la surface sensible du capteur CCD soit exposée à la même quantité de lumière. - si l'éclairement diminue, le temps d'exposition augmente afin que la surface sensible du capteur CCD soit exposée à la même quantité de lumière. La vitesse de l'obturateur électronique peut ainsi varier de 1/50 doumai.pagesperso-orange.fr/imes/vid%e9o/cours%20vid%e9o%201.htm e à 1/5000 000 e de seconde. 3/7
La vitesse de l'obturateur électronique peut ainsi varier de 1/50 e à 1/5000 000 e de seconde. Les avantages de cette solution sont : - prix largement inférieur à un iris mécanique, - grâce à la diminution du temps d'exposition, les arrêt sur image sont toujours nets et comportent plus de détails. La profondeur de champ (depth of field). La profondeur de champ correspond à la région dans laquelle les objets enregistrés sur l'image sont parfaitement nets. - si l'ouverture est grande, la profondeur de champ est réduite. - si l'ouverture est petite, la profondeur de champ est importante. Pour un objectif de 50mm, la profondeur de champ est : - pour une ouverture de 1,4 - pour une ouverture de 5,6 Le réglage du plan sur laquelle est faite la mise au point (focus) peut être réalisé soit : - manuellement, pour une caméra fixe, - automatiquement (auto-focus), pour une caméra sur tourelle, - par télé-commande. La monture (mount). La monture est un système mécanique qui permet le montage de l'objectif sur le corps de la caméra. Certaines caméras sont conçues avec l'objectif intégré. Cette solution à l'avantage de réduire les coûts de fabrication. Les montures sont classées en deux grandes familles : - les montures à vis, rarement utilisées en vidéo-surveillance, - les montures à baïonnette, pour lesquelles il existe deux standards :. la monture C,. la monture CS. Ces deux dernières sont utilisées en vidéo-surveillance. Des adaptateurs sont disponibles, afin de pouvoir passer d'un standard à l'autre. 4. Le moniteur. Une salle de contrôle est requise afin de pouvoir visualiser les images sur un parc de moniteurs. L'efficacité de la surveillance dépend de la vigilance de l'opérateur; le choix d'un moniteur est donc primordial afin d'éviter une fatigue visuelle. De même, un moniteur, ou un parc de moniteur doivent être placés sur un fond sombre plutôt qu'un fond clair pour réduire la fatigue visuelle. La taille du moniteur. Le constructeur communique la longueur de la diagonale de l'écran du moniteur. Elle est exprimée en pouce (inch). Les diagonales usuelles d'un moniteur sont de 9, 12, 14, 17, 19 et 21 inches. Le choix de la taille d'un moniteur dépend de la distance qui sépare l'opérateur de l'écran du moniteur. Pour une vision optimale, l'opérateur doit être placé à une distance qui se situe entre 4 à 6 fois la diagonale de l'écran (approximation). Des tableaux d'aide au choix d'un moniteur sont proposés par les constructeurs : L'utilisation d'un multiplexeur qui permet de scinder l'écran en quatre, voire huit images provenant de différentes caméras, impose parfois le choix d'un moniteur de grande taille si on désire garder une bonne définition. La définition. La résolution d'un téléviseur couleur est actuellement de 300/350 lignes, celle d'un moniteur couleur atteint 600 lignes. Un moniteur monochrome peut dépasser une résolution de 850 lignes. Un moniteur de télé-surveillance possède donc une meilleure définition et l'image fournit des informations dans les détails qu'une télévision est incapable de rendre. Une caméra, notamment, est aussi caractérisée par une résolution en ligne. La définition d'une image ne sera pas optimale avec un couple moniteur haute résolution / caméra basse résolution. La fréquence de rafraîchissement. doumai.pagesperso-orange.fr/imes/vid%e9o/cours%20vid%e9o%201.htm 4/7
L'image est renouvelée 24 fois par seconde sur l'écran. Certains muscles de l'œil arrivent à travailler encore à cette fréquence ( 24 contractions et relâchements en une seconde ). Ce phénomène engendre une fatigue visuelle. Pour éviter ce phénomène, certains constructeurs proposent des moniteurs avec une fréquence de rafraîchissement supérieure (100Hz par exemple). Pour réduire cet effet, il est souhaitable d'utiliser un éclairage de type incandescent dans la pièce de contrôle. Autres caractéristiques. D'autres éléments caractérisent également les moniteurs, notamment : - la stabilité dimensionnelle de l'image, - la stabilité des niveaux de noir et blanc (affichage d' un niveau de luminance stable dans les extrêmes), - la réponse en fréquence (affichage de surfaces de luminance uniforme dans les sens trame et horizontal), - la réponse aux transitoires (affichage d'une transition de luminance), - l'entrelacement (alignement des lignes paires et impaires), - la distorsion (aberration provoquant une dissymétrie de l'image). Formation d'une image. Un faisceau d'électrons est émis sur un écran cathodique. C'est l'intensité du faisceau au contact de la surface luminescente qui fait apparaître un point sur l'écran. C'est le signal de luminance qui gère cette intensité. Le faisceau est dévié par un champ magnétique. Le déplacement du faisceau s'effectue sous la forme d'un balayage de lignes horizontales. L'image est donc construite ligne par ligne, du haut vers le bas. L'image est divisée en deux demi-images. La première est constituée de lignes impaires et la deuxième de lignes paires (trames). C'est l'entrelacement de ces trames qui donne naissance à l'image. Pour un moniteur couleur, le principe d'affichage est le même. Il existe trois faisceaux d'électrons qui sont associés respectivement aux couleurs Rouge, Vert et Bleu. Un point de couleur sur l'écran est donc composé de la somme de trois points de couleurs RVB. 5. La transmission du signal vidéo. Composition d'un signal vidéo. Pour transmettre une image vers un moniteur, il faut produire les informations suivantes : - la luminance luminosité d'un point d'une image, - la chrominance intensité des couleurs verte et bleue d'un point d'une image, l'intensité de la couleur rouge est calculée, dans le moniteur, à l'aide des informations de luminance et des chrominances verte et bleue (Y = 0,6V + 0,3R + 0,1B). - la synchronisation signaux nécessaires au balayage. Ils intègrent la synchro ligne et la synchro trame. Les différents types de signaux. Trois types de signaux sont utilisés : - le signal vidéo-composite (standard Pal et Sécam). Le signal contient toutes les informations de luminance, chrominance et synchronisation. Son principal avantage est sa grande longueur de connexion possible. C'est le standard le plus utilisé en vidéo-surveillance. - le signal Y/C (luminance et chrominance). Le signal Y est composé du signaux de luminance et de synchronisation. Le signal C contient les informations de chrominance. La séparation de ces deux signaux améliore la définition de l'image par rapport au signal composite. La distance de connexion possible est plus faible. - les signaux RVB. Ces signaux reposent sur la séparation des informations Rouge, Vert, Bleue et synchronisation. L'utilisation de ces signaux impose des distances de connexions réduites (quelques mètres). Il ne sont pas utilisés en vidéo-surveillance. Les différents types de support de transmission. Il est nécessaire de maintenir la qualité des signaux issus de la caméra lors de leur transmission vers le moniteur. Plusieurs supports de transmission des signaux vidéos ont été développés : - Le câble coaxial. Ce câble est constitué : doumai.pagesperso-orange.fr/imes/vid%e9o/cours%20vid%e9o%201.htm 5/7
d une âme en cuivre, dont la fonction est de transmettre le signal vidéo, d un isolant souple, d un blindage tressé autour de l isolant, dont la fonction est d isoler l âme des perturbations externes au câble. L impédance caractéristique de ce câble est de 75 W. Le signal peut être transmis sur une longueur de 600m sans perte de qualité de l image. - La paire torsadée. Une paire de fils torsadés d un câble téléphonique peut être utilisée. Les avantages de cette technologie sont :. l utilisation d un paire d un câble déjà existant,. une distance de transmission beaucoup plus importante qu avec la technologie coaxiale. L inconvénient majeur est :. la conversion obligatoire du signal à l émission comme à la réception (signal symétrique), les caméras, comme les moniteurs n acceptant pas ce type de transmission. - La fibre optique. Le signal vidéo composite est converti par un laser en un signal lumineux. Le support de transmission est constitué d une fibre de verre de grande transparence qui sert de guide au signal lumineux. A la réception, le signal lumineux est à nouveau converti en signal vidéo composite. Les avantages de cette technologie sont :. une transmission possible sur une distance de plus de 50km,. une immunité totale contre les perturbations de type électromagnétiques,. un coût réduit pour les grosses installations. - Les transmissions numériques (ISDN ). Le signal vidéo est encodé puis transmis sous forme numérique. Le réseau commuté est utilisé comme support de transmission. A la réception, le signal vidéo est décodé puis aiguillé vers un moniteur. Les avantages de cette technologie sont :. l utilisation d un réseau international déjà existant,. la possibilité de coupler la caméra avec un système de télésurveillance,. la possibilité de transmettre d autres données sur le même support. L inconvénient est :. Une partie de la bande passante du réseau est réservée à la transmission vidéo. Cette technologie évolue très rapidement, le débit des transmissions augmente et ne sera plus un handicap dans les années suivantes. 6. Les commutateurs. Lorsque l'installation de surveillance comporte plusieurs caméras pour un moniteur, la fonction du commutateur est d'aiguiller un signal en provenance d'une caméra vers le moniteur. Il existe trois familles de commutateurs : Les commutateurs manuels. Ce sont les plus simples. L'opérateur sélectionne manuellement la caméra dont il désire voir l'image. Les commutateurs automatiques. L'opérateur sélectionne les caméras dont il désire voir les images. Le commutateur automatique réalise une séquence de visualisation des images en provenance des caméras sélectionnées. Les fonctions de ces commutateurs sont :. la sélection des caméras intégrées dans la séquence,. la durée de visualisation d'une image dans la séquence,. l'inhibition de la séquence par verrouillage d'une image en provenance de la caméra sélectionnée,. une entrée d'alarme prioritaire qui force l'affichage de l'image de la caméra sélectionnée. Les multiplexeurs. doumai.pagesperso-orange.fr/imes/vid%e9o/cours%20vid%e9o%201.htm 6/7
Les multiplexeurs. L'installation est composée de plusieurs caméras, d'un multiplexeur, d'un ou plusieurs moniteurs. Un multiplexeur possède toutes les fonctions d'un commutateur automatique plus un mode mosaïque. Si quatre caméras sont connectées au multiplexeur, l'écran est partagé en quatre parties égales et les images des caméras sont affichées simultanément. Cette image résultante forme la mosaïque. Le seul inconvénient de ce système est la faible fréquence de rafraîchissement de l'image résultante. Le multiplexeur est obligé de traiter puis de mémoriser successivement les quatre images avant de restituer la mosaïque. L'image visualisée est donc saccadée, les informations mémorisées sont moindres. << Accueil << Intrusion Alarme doumai.pagesperso-orange.fr/imes/vid%e9o/cours%20vid%e9o%201.htm 7/7