Самодельное видеонаблюдение на простых веб-камерах usb как сделать? Я задался этим вопросом, после неудачной попытки проникновения бомжей в мой гараж рядом с домом, средь бела дня.
Благо, сосед заметил «грабителей» и спугнул их. Мой гараж находится рядом с моей девятиэтажкой и окна моей квартиры выходят на него. До гаража по прямой видимости примерно метров сто. Ночью гараж хорошо виден – он освещается фонарями уличного освещения. Так почему бы мне не организовать круглосуточное видеонаблюдение из окна? Это просто идеальный вариант присмотра за гаражом не выходя их дома. Да и стоимость такого простейшего видеонаблюдения на web камерах будет копеечной. Нужны лишь прямые руки и желание.
Домашнее видеонаблюдение на ПК — как я делал.
Сначала я планировал использовать для видеонаблюдения обычный автомобильный видео регистратор. Что может быть проще – установил его на подоконнике в квартире и направил в окно на гараж. Но потом, мне захотелось из другого окна понаблюдать за алкашами у подъезда, да и за лестничной площадкой в самом подъезде не мешало бы присмотреть. Для этого нужно иметь уже три автомобильных видео регистратора. А это не так практично. По этому, я решил использовать свой старый ноутбук с подключенными к нему тремя камерами. При этом конфигурация системы видеонаблюдения на ноутбуке может иметь различные варианты:
— можно например использовать EasyCap — специальное USB устройство, преобразующие сигналы обычных аналоговых видеокамер в цифровой сигнал USB;
— можно использовать беспроводные IP камеры в неограниченном количестве, подключаемые к Wi-Fi роутеру. Кроме того, при желании, можно даже транслировать это видео в интернет (на смартфон и т.д);
Я же остановился на самом простом и дешевом варианте – использовать для видеонаблюдения самые обычные компьютерные usb Web камеры, купленные мной когда-то.
В последствии мне даже удалось прикрутить к вебкамере монокуляр — получилась отличная камера дальнего наблюдения.
Микроскоп из фотоаппарата
Один из самых простых и доступных способов, но при наличии всего необходимого. Понадобится фотоаппарат с объективом 400 мм, 17 мм. Ничего разбирать и вынимать не нужно, камера останется рабочей.
Делаем микроскоп из фотоаппарата своими руками:
- Соединяем объектив 400 мм и 17 мм.
- Подносим к линзе фонарик, включаем.
- На стекло наносим препарат, вещество или другой микропредмет изучения.
Фокусируем, фотографируем исследуемый предмет в увеличенном состоянии. Фото с такого самодельного микроскопа получается достаточно четким, прибор может увеличить волос или шерсть, чешуйку лука. Больше подходит для развлечения.
Обычные дешевые usb веб-камеры для видеонаблюдения.
Однажды в моем местном супермаркете, в отделе хоз товаров, «выкинули» на стеллаж целую гору, вероятно не очень востребованных уже ныне вебкамер. Самых простых и дешевых китайских web камер. По акции, с ценой примерно в 0,5 доллара. Целую гору Карл! По 0,5 доллара! В общем, нагреб я тогда их штук восемь. Даже не знаю зачем. Просто так, ради халявы. Потом долго они лежали у меня без дела. Что-то раздал, что-то осталось валяться. И вот, после того, как мой гараж облюбовали те бомжи, решил я вынуть на свет божий эти халявные веб камеры для видеонаблюдения и заюзать их. Как оказалось – весьма удачно.
Затвор
В принципе, затвор не обязательно должен быть элементом камеры, он может быть и внешним — в виде крышки на объектив или встроенным в объектив. В камере необходимо предусмотреть возможность управления внешним затвором. В идеале, как у некоторых среднеформатных камер, желательно иметь два затвора: один — фокальный, непосредственно перед чувствительным элементом, который работает в случае, если объектив не снабжен собственным центральным затвором, другой — центральный, встроенный в объектив.
К функциям затвора следует отнести и синхронизацию импульса вспышки. Что и как было сделано
Чтобы не быть голословным, рассмотрим изготовление модульной цифровой камеры на коленке в домашних условиях. Сразу предупреждаю, что если у вас вызывает проблему разборка работоспособной камеры и сборка ее с сохранением дееспособности, то успех мероприятия по переделке весьма проблематичен. Не боги горшки обжигают, и разборку камер может освоить каждый, но число испорченных камер в процессе обучения зависит от конкретного индивида. Я специально не останавливаюсь на конкретных винтах, на которых держится корпус, считая эту задачу необходимым «тестом на вшивость». Замечу только, что при разборке данной модели без паяльника не обойтись. Некоторые провода слишком короткие. Да и кроме винтов, корпус удерживается и защелками, к которым надо приложить определенное усилие
За основу была взята камера Casio QV 3000. Узел, объединяющий объектив, матрицу и видоискатель, выглядит так:
Блок объектива был полностью разобран. Были удалены: видоискатель, все линзы объектива, моторы, управляющие изменением фокусного расстояния и фокусировкой. Эти двигатели выглядят так:
Мотор, перемещающий объектив при фокусировке, слева
Оказалось, что после отключения шлейфа, ведущего к моторам и концевым выключателям, камера вполне работоспособна и не реагирует на отсутствие объектива. Центральный затвор был извлечен из объектива, повернут на 180 градусов и расположен перед ИК фильтром, непосредственно прилегающим к матрице.
Центральный затвор в этой камере выполняет две функции: ограничивать время экспозиции (функция затвора) и изменять диаметр диафрагмы. Вторую функцию мы использовать не собираемся, для нас важно только, чтобы камера имела возможность зафиксировать диафрагму в полностью открытом положении, и чтобы ее диаметр был больше диагонали матрицы. Иначе говоря, аппарат пригоден к переделке, если у него имеется ручное управление выдержкой и диафрагмой, и если максимальный диаметр диафрагмы, приблизительно определяемый как максимальное фокусное расстояние объектива, деленное на диафрагменное число, больше диагонали матрицы.
В камере Casio QV 3000 установлена ПЗС матрица Sony ICX 252. Ее размер 7,2 мм × 5,35 мм, т. е. ее диагональ примерно 9 мм. Объектив в этой камере имеет максимальное фокусное расстояние 21 мм. Максимальное диафрагменное число 2. Таким образом, диаметр диафрагмы должен быть больше диагонали матрицы. Реально светосила объектива при максимальном фокусном расстоянии чуть меньше, и надо достаточно точно совместить отверстие затвора с матрицей, чтобы не было виньетирования углов. Таким образом, мы превращаем центральный затвор в фокальный. Хотя, в отличие от классических фокальных затворов, в которых шторки перемещаются от края к краю кадра, здесь шторки перемещаются от центра к краю кадра, однако оказалось, что при выдержках длиннее 1/400 с, шторки перемещаются настолько быстро, что избыточная экспозиция центра кадра не заметна. В общем случае, если у камеры есть выдержка В, то можно использовать встроенный в объектив центральный затвор.
| Размеры существующих сегодня матриц и их маркировка | |
| 4/3″ | 18,00×13,50 мм |
| 1″ | 12,8×9,6 мм |
| 2/3″ | 8,8×6,6 мм |
| 1/1,8″ | 7,18×5,35 мм |
| 1/2,7″ | 5,27×3,96 мм |
| 1/3,2″ | 4,54×3,42 мм |
| Исторически сложилось, что маркировка матриц соответствует маркировке видиконов по внешнему диаметру с равным матрице размером чувствительной к свету области. Примерно, диагональ матрицы равна 2/3 от значения маркировки | |
Оказалось, что даже если удалить с корпуса камеры выступ вокруг объектива, то расстояние от передней стенки камеры до матрицы будет превышать 28,8 мм. Поэтому для того, чтобы использовать крепление объектива с резьбой М39, которое было взято от фотоаппарата Зоркий-5, пришлось сместить стакан с матрицей примерно на 5 мм ближе к стенке аппарата. Для этого были подпилены опоры, к которым он крепится, а сам стакан оправы был аккуратно укорочен. В идеале, оправу надо было бы выточить заново. Но в данной конструкции был использован стакан корпуса объектива, который был смещен вперед, жестко соединен с корпусом камеры, и к которому на винтах было прикреплено кольцо с резьбой М39 от аппарата Зоркий-5. Для того, чтобы добиться точной юстировки, делались снимки с объективом Юпитер-3, установленным на бесконечность, и, подкладывая под опорное кольцо шайбы, я добился резкого изображения. Для работы с объективами для зеркальных камер типа Зенит было изготовлено переходное кольцо с резьбы М39 на М42. Оно было сделано из двух удлинительных колец, между которыми были проложены шайбы, чтобы добиться точно толщины кольца 16,7 мм. Если все сделано точно, то шкалы на объективе достаточно для удовлетворительной фокусировки на большинстве объектов. Великим благом цифровых камер является возможность видеть на экране то же изображение, что проецируется на матрицу. В отличие от пленочных камер, не нужно сложного механизма подъема зеркала и точной юстировки матового стекла. Однако, есть одно но, на экране отображается только каждый 40й пиксель из регистрируемых. Впрочем, отношение размеров кристаллов серебра на пленке и зерен матового стекла не лучше. Как показала тестовая съемка, результаты которой приведены ниже, во всех случаях удается добиться приемлемого качества фокусировки.
Часто говорится, что объективы, рассчитанные для пленочных камер, имеют разрешение 50 пар линий на мм. Т.е. с ними эффективно будут работать матрицы с размером кадра 640×480 пикселей. Но при этом забывают, что характеристики объектива приводятся для максимально открытой диафрагмы. А эти объективы, как, например, Юпитер-3, имеют относительное отверстие 1:1,5. И уже при апертуре 1:5,6, характерной для большинства мыльниц с длиннофокусными объективами, его разрешение существенно улучшится. А ведь с этой матрицей 50 мм объектив по углу зрения соответствует 250 мм объективу 35 мм камеры, что большинству мыльниц и не снилось. Дифракция же начнет влиять на изображение при диафрагмах, меньших, чем 1:11. Итак, реально этот объектив может обеспечить при соответствующем диафрагмировании разрешение, при котором будут полностью реализованы возможности матрицы. Это будет происходить, в частности, потому, что используется только центральная часть круга изображения. Переделка камеры позволила наконец разделить влияние на резкость объектива и матрицы. Ниже приведены результаты съемки миры одним объективом с регистрацией на матрицы, чувствительные элементы которых различаются по размерам почти в два раза. Объектив Гелиос 44 с матрицей ICX252 и матрицей, установленной в камере Canon D60.
Буквой D обозначен диаметр круга нерезкости в пикселях. Внутри этого круга различить соседние штрихи не удается. Они либо отсутствуют, либо сильно искажены муаром.
Дано: фокусное расстояние объектива 58 мм. Мира содержит 90 черных радиальных штрихов.
| ICX 252 | Canon | |
| Размер матрицы | 7,20×,35 мм | 23,4×15,6 мм |
| Размер кадра | 2088×1550 пикселей | 3008×2000 пикселей |
| Размер чувствительного элемента | 3,5 мкм | 7,8 мкм |
| Диафрагма | F/2 | |
| Линейный предел разрешения в мкм | 1,3 | |
| Диаметр круга нерезкости в пикселях | 80 | 80 |
| Разрешение линий на пиксель (черная + белая линии = 2 линии) | 0,71 | 0,71 |
| Диаметр круга нерезкости в мм | 0,28 | 0,62 |
| Разрешение пар штрихов на мм | 102 | 46 |
| Диафрагма | F/8 | |
| Линейный предел разрешения в мкм | 5,3 | |
| Диаметр круга нерезкости в пикселях | 74 | 74 |
| Разрешение линий на пиксель | 0,77 | 0,77 |
| Диаметр круга нерезкости в мм | 0,26 | 0,58 |
| Разрешение пар штрихов на мм | 110 | 49 |
| Диафрагма | F/16 | |
| Линейный предел разрешения в мкм | 10,6 | |
| Диаметр круга нерезкости в пикселях | 97 | 83 |
| Разрешение линий на пиксель | 0,59 | 0,69 |
| Диаметр круга нерезкости в мм | 0,34 | 0,65 |
| Разрешение пар штрихов на мм | 84 | 44 |
Поскольку при диафрагме F/8 разрешение в линиях на пиксель совпадает для пикселей разного размера, то в этом случае разрешение объектива превосходит возможности обеих матриц. При F/16 и F/2 разрешение для ICX 252 определяется объективом, а для системы Canon—Гелиос влияние объектива заметно, но незначительно.
Посмотрим подробнее на зависимость разрешения системы Гелиос 44 — ICX 252:
Максимальный контраст и разрешение в районе F/8-F/11; при диафрагме F/2 откровенно заметны аберрации, при F/16 падение контраста и разрешения.
Как удлинить USB веб-камеру для видеонаблюдения – витая пара универсальный удлинитель юсб.
Но теперь передо мной встала новая проблема – как удлинить шнур вебкамеры. Сделать нормально работающий самодельный USB удлинитель – не простая задача, если с удлинением юсб кабеля сталкиваешься впервые. Физически, usb использует дифференциальный сигнал (сигнал симметричной амплитуды). По этому, никакие экранированные провода длиннее полуметра (даже супер экранированные) работать в USB толком не будут. USB шина – это симметричная линия связи!
Для удлинителя юсб нужна только витая пара! Обычный компьютерный провод — витая пара. Подробнее о том,как я изготавливал USB удлинитель на 18 метров можно почитать здесь .
Для разведения по квартире трех веб камер от ноутбука мне понадобилось три куска провода витая пара, длиной примерно по 10 метров. Но, экспериментируя, мне удалось подключить веб камеру юсб через кусок витой пары длиной даже 18 метров. Все дело в специальном подключении проводников кабеля. От этого зависит работоспособность USB удлинителя.
Микроскоп из мобильного телефона
Второй упрощенный способ изготовления альтернативного микроскопа. Нужен любой телефон с камерой, лучше без автоматического фокуса. Дополнительно понадобится линза от маленькой лазерной указки. Она обычно небольшая, редко превышает 6 мм. Важно не поцарапать.
Фиксируем изъятую линзу на глазке фотокамеры выпуклой стороной наружу. Прижимаем пинцетом, расправляем, можно по краям сделать оправу из кусочка фольги. Она удержит маленькое стеклышко. Наводим камеру с линзой на предмет, смотрим на экран телефона. Можно просто наблюдать или сделать электронный снимок.
Если на данный момент нет под рукой лазерной указки, то таким же способом можно использовать прицел от детской игрушки с лазерным лучом, нужно само стеклышко.
Изготовление USB удлинителя:
Я взял 18-ти метровый кусок витой пары и оконцевал его разборными USB штекерами «мама» и «папа», купленными в магазине радиотоваров.
Важный момент! Синюю пару проводников сетевого кабеля я пустил на D+ и D-. Почему именно синюю? – Все четыре витые пары жил кабеля имеют разный шаг свивки. Это хорошо заметно, если снять с сетевого UTP кабеля общую оболочку сантиметров на 10 – 15. Так вот, USB удлинитель отлично работал, если сигналы D+ и D- пускать именно по синей или же зеленой паре жил. Если же пустить D+ и D- по оранжевой паре, то USB удлинитель вообще не работал. Коричневая пара работала с перебоями. Вероятно, шаг свивки синей и зеленой пары жил идеально подходит для прохождения высокочастотного сигнала USB (резонанс, импеданс, волновое сопротивление и т.п.).
Три остальные пары жил кабеля я запараллелил и пустил по ним питание – по трем цветным жилам плюс, по трем полосатым – минус.
О причинах неработоспособности самодельного юсб удлинителя так же можно прочесть здесь.
Программа для видеонаблюдения, которую я использую.
Для домашнего видеонаблюдения я использую шикарную демоверсию программы Active WebCam. Сайт программы: //www.pysoft.com/. Там же можно и скачать. Эта бесплатная демоверсия программы для видеонаблюдения не имеет абсолютно ни каких ограничений по времени и абсолютно полнофункциональна. Имеет русский язык. Отличается от зарегистрированной версии лишь надписью «DEMO MODE» в небольшом синем прямоугольнике в левом верхнем углу окна программы. Надпись «DEMO MODE» абсолютно никак не влияет на функциональность и практически не закрывает обзор. То есть это идеальный вариант программы видеонаблюдения для домашнего (и не только) использования.
Программа Active WebCam не требовательна к железу ПК. У меня она свободно работает с двумя web камерами на древнем ноутбуке IBM ThinkPad R51e (там всего 2 usb порта) и на старом ноутбуке Acer eMachines E528 с тремя вебкамерами. Вообще программа может работать с неограниченным количеством камер. Как видеокамер так и веб камер. Можно вести запись в файл, а так же транслировать видеопоток в интернет через встроенный HTTP сервер. В программе есть «датчик движения» — включение записи видео можно настроить при появлении движения в кадре. Это пожалуй лучшая бесплатная программа для видеонаблюдения из перепробованных мною.
Я и Диод. © yaidiod.ru.
Светочувствительный материал
Сегодняшние матрицы, с учетом количества кадров, которое они могут сделать, выпускаются, вероятно, большим тиражом, чем фотопленка 100 лет назад. Да и стоимость одного кадра, наверное, не выше. Матрицы предлагаются несколькими производителями, фактически, в виде, готовом к употреблению. Вместе со всей логикой, необходимой для их функционирования. Я думаю, что сегодня сделать работоспособную электронную схему с матрицей куда проще, чем приемник на транзисторах Т3, 40 лет назад. Сейчас много говорится о том, что у матриц неподходящий размер. И как же можно их использовать, если их площадь много меньше рабочего поля объектива? Однако подобная ситуация была всегда: в одних и тех же камерах, с одними и теми же объективами использовались пластинки размером 18×24, 13×18, 9×12. Многие среднеформатные камеры позволяют снимать кадры форматом 4,5×6, 6×6, 6×7, 6×9. Фирма Contax рекомендует использовать со своими камерами с форматом кадра 24×36 мм объективы от 645 модели, рассчитанные на кадр 6×4,5. И даже кадр на легендарной 35 мм кинопленке бывает не только 24×36. Выпускалось множество камер с кинокадром 24×18 (Чайка, Зоркий-12, ФЭД-Микрон, Агат-18), Nikon 1 имел кадр форматом 24×32. То, что площадь чувствительного элемента меньше рабочей области объектива, имеет свои плюсы. Собственно, вся площадь со времен дагерротипов, так никогда и не использовалась. Если мы хотим зарегистрировать все то, что создал объектив, мы получим круглый кадр. Если кадр много меньше поля изображения, мы можем его легко перемещать и этим компенсировать перспективные искажения.
Есть еще одна проблема которая возникает при использовании матрицы большой площади с объективами, имеющими короткий задний фокус. Это существенные углы падения лучей на край кадра. Перед большинством матриц расположен фильтр, отрезающий ультрафиолетовую и инфракрасную область спектра. Этот фильтр представляет собой плоскопараллельную стеклянную пластину толщиной в несколько миллиметров и способен существенно сместить и отразить значительную часть краевых лучей. Возможно, в этих камерах стоит отказаться от фильтра перед матрицей и, как в первых камерах Kodak DCS, использовать фильтр перед объективом. Однако его площадь должна быть существенно больше и соответственно его стоимость может оказатся ощутимой.
