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Interview mit Vlado Damjanowski: Jedes Pixel ist eine Kamera

01.11.2011 - Interview mit Vlado Damjanowski: Jedes Pixel ist eine Kamera. Vlado Damjanowski ist der internationalen Sicherheitsbranche als führender Experte im Bereich CCTV bestens bekannt. Er...

Interview mit Vlado Damjanowski: Jedes Pixel ist eine Kamera. Vlado Damjanowski ist der internationalen Sicherheitsbranche als führender Experte im Bereich CCTV bestens bekannt. Er arbeitet als Autor und hat drei Bücher geschrieben, die alle zu vielfach übersetzten Standardwerken in ihrem Themenbereich geworden sind. Seine Tätigkeit als Seminarleiter führt ihn regelmäßig rund um den Globus. Darüber hinaus leistet er umfangreiche Beiträge bei der Erarbeitung von branchenweit gültigen Standards für die australische Sicherheitsindustrie. Im GIT SICHERHEIT- Interview erzählt er über Trends und Innovationen.

GIT SICHERHEIT: Herr Damjanowski, woher rührt Ihre Begeisterung für CCTV? V. Damjanowski:

Ich denke, die Faszination für CCTV erklärt sich aus meiner Liebe zur Fotografie, die bereits in Teenagertagen begann. Ich habe mich sehr für diese Kunstform interessiert und meine Begeisterung hält nach wie vor an. Ich habe zwar in Mazedonien Elektrotechnik studiert, aber durch die Beschäftigung mit der Fotografie betrachte ich das Thema CCTV-Kameras – und dabei besonders Aspekte wie Bildqualität, Objektive und Motivwahl – nicht nur aus rein technischer, sondern auch aus künstlerischer Sicht.

Heutzutage gibt es fast keinen Fotografen, der nicht mit digitalen Kameras arbeitet und dabei stützt sich die Bilderfassung entweder auf CCD- oder CMOS-Bildsensoren, sprich die gleichen Sensortypen, die man in Überwachungsanwendungen vorfindet.

Sie sind zwar ein Experte auf dem gesamten Gebiet der CCTV-Technologie, allerdings sind Imaging-Chips Ihr ganz persönliches Fachgebiet. Weshalb haben Sie sich gerade darauf spezialisiert?

V. Damjanowski: Ich beschäftige mich nun schon seit meinen Studienzeiten mit Imaging- Chips, also doch schon eine ganze Weile. Ich schrieb 1981 meine Diplomarbeit über CCDChips – zu einer Zeit, in der fast niemand eine Ahnung davon hatte, was das überhaupt ist. Damals wurden sowohl in Fernseh- als auch in Überwachungskameras noch Bildröhren eingesetzt. Ich war aber bereits überzeugt, dass CCD-Halbleiterchips früher oder später zum Standard in der gesamten Branche werden würden, und etwa ab Mitte der Achtziger Jahre begann dann der Siegeszug dieser Technologie.

Es scheint aber, als würden im Moment alle auf die CMOS-Technologie aufspringen oder sie zumindest stark propagieren. Was unterscheidet diese beiden Technologien denn eigentlich?

V. Damjanowski: Die Abkürzung CMOS steht für Complimentary Metal Oxide Semiconductor. Dabei handelt es sich um ein in der Mikroelektronik weit verbreitetes Verfahren, welches auch bei der Herstellung von Mikroprozessoren und komplexen Halbleiterschaltkreisen zum Einsatz kommt. Erst seit ein paar Jahren wird die Methode auch zur Herstellung von komplexen Halbleiterschaltkreisen eingesetzt. Darum nennt man die Technologie einfach CMOS. Obwohl es sich dabei um eine noch relativ junge technische Entwicklung handelt, löst sie die CCD-Technologie zunehmend ab.

Gibt es gegenwärtig ein CMOSDesign im CCTV-Bereich, das sich von anderen Entwürfen besonders abhebt?

V. Damjanowski: Momentan finde ich die von Pixim entworfenen CMOS-Chips am beeindruckendsten. Die meisten Personen, die mit den Entwicklungen in der Branche vertraut sind, kennen vermutlich die dem Pixim-Konzept zugrunde liegende Idee, dass jedes Pixel wie eine eigene Kamera arbeitet („Every pixel is a camera.“ Anm. d. Red.). Ich glaube aber nicht, dass jeder den praktischen Nutzen und die Bedeutung dieses Ansatzes versteht.

Ich will darum versuchen, das Konzept verständlich darzulegen. Eine gewöhnliche CCD-Kamera analysiert komplette Einzelbilder bzw. TV-Felder eines Aufnahmemotivs und misst den Lichteinfall für jeden einzelnen Frame. Diese Information wird dann an die Kameraelektronik übermittelt, die die elektronische Belichtung (auch: elektronischer Shutter) des gesamten Bildes steuert. Anschließend wird diese Information Zeile für Zeile, Feld für Feld wieder ausgelesen. Dieser Vorgang erzeugt das uns bekannte Videosignal mit 50 Halbbildern bzw. 25 Vollbildern.

Das entscheidende Merkmal von modernen Festkörper-Chips ist ihr im Vergleich zum menschlichen Auge geringer Dynamikbereich; das gilt für CCD- ebenso wir für CMOS-Chips. Bei normaler Zimmertemperatur liegt dieses Verhältnis etwa bei 3000:1. Das bedeutet, dass das Verhältnis zwischen dem hellsten und dem dunkelsten Bildbereich lediglich 3000 zu 1 beträgt, was umgerechnet 60dB ergibt. In einer realen CCTV-Aufnahme kann eine normale Szene Variationen in der Luminanz von 100.000 Lux in sehr hellen Bereichen bis hin zu 0,1 Lux in dunklen Schattenbereichen aufweisen. Somit ergibt sich in diesem Fall ein mit 120dB wesentlich höherer Dynamikbereich.

Wie werden die Nachteile eines derart begrenzten Dynamikbereichs von der Kameratechnologie kompensiert?

V. Damjanowski: Nun ja, die Kameraelektronik beeinflusst die Iris (egal ob optisch oder elektronisch), so dass das Signal, das bei sehr starkem Lichteinfall auftritt, reduziert wird. Dadurch werden allerdings die dunklen Schattenbereiche in der Aufnahme noch weiter verdunkelt. Wenn man die Kamera so einstellt, dass sie die Iris öffnet, um in der Dunkelheit mehr zu erkennen, gehen die Details in besonders hellen Bereichen verloren, da die Pixel überbelichten. Egal was man macht, der begrenzte Dynamikbereich von Festkörperchips ist nach wie vor ein Problem.

In der digitalen Fotografie zeigt sich das Problem vielleicht deshalb nicht so deutlich, weil eine Digitalkamera mit CCD-Chip immer nur eine Aufnahme nach der anderen macht und der Fotograf die Belichtungseinstellung ändern kann, um bei schwachem Umgebungslicht Bilder machen zu können.

Bei CCTV-Anwendungen müssen wir für die Wiedergabe im PAL-Format 50 Halbbilder bzw. 25 Vollbilder pro Sekunde generieren. Um das sog. Live-Streaming zu ermöglichen, sind wir auf eine Belichtungsdauer von einer Fünfzigstel Sekunde festgelegt. Deshalb haben die Chips bei CCTV-Anwendungen größere Probleme mit dem Dynamikbereich als in der digitalen Fotografie, bei der fast jede Belichtungseinstellung möglich ist – wenngleich immer nur eine pro Aufnahme.

Pixim ist daher beim Entwurf der Chips ganz eigene Wege gegangen. In ihrem Konzept ist jeder einzelne CMOS-Bildpunkt in der Lage, die elektronische Belichtung zu steuern. Das bedeutet, das bei starkem Lichteinfall (bspw. durch Autoscheinwerfer oder Sonnenlicht) die elektronischen Belichtungsschaltkreise des Pixels auf diese Information reagieren und die Belichtungszeit so verkürzen, dass durch den übermäßigen Lichteinfall keine Sättigung der Pixel eintritt. Somit enthält auch jeder Bildpunkt in den hellen Bereichen sinnvolle Bildinformationen. Das bezieht sich auf die Leuchtdichte ebenso wie auf die Farbwerte.

Für die dunklen Bereiche des projizierten Bildes liegt die Belichtungszeit bei einer Fünfzigstel Sekunde. Dadurch erweitert sich der wahrnehmbare Dynamikbereich auf etwa 120 dB und entspricht damit fast dem des menschlichen Auges.

Ein weiterer, sehr wichtiger Schaltkreis, der in diesen Chips verbaut ist, ist für die Umwandlung der Pixel-Werte von analog zu digital im Chip selbst zuständig. So wird das von der Kameraelektronik erzeugte Störgeräusch noch weiter verringert. Diese Besonderheiten am Entwurf machen die CMOS-Chips von Pixim außergewöhnlich und um vieles besser als herkömmliche CMOS-Chips.

Erreichen alle Kamerahersteller, die die Pixim- Chips verwenden, bei ihren Geräten dieselbe Qualität?

V. Damjanowski: Ich habe viele Modelle von verschiedenen Herstellern getestet und – ohne negativ klingen zu wollen – die Antwort ist ein klares „Nein“. Die Art der Kameraelektronik führt zu deutlichen Unterschieden. Sie kann die Bildqualität erheblich verbessern, aber auch die guten mit dem Chip erzielten Resultate zunichte machen.

Viele Leser werden wahrscheinlich wissen, dass eine Reihe von Herstellern den Pixim-Chipsatz in ihren Kameras verbaut. Vielleicht geben sie dem Modul ein neues Gehäuse oder bauen ein Objektiv ein, aber mehr machen sie selbst nicht. Dallmeier baut diese Chip-Technologie mit der Eigenentwicklung Cam_inPix noch wesentlich weiter aus, indem das ohnehin schon gute Konzept von Pixim wesentlich erweitert wird.

Zuerst einmal ergänzt Dallmeier den Chip mit einer eigenen Elektronik zur Bildverarbeitung und -aufbereitung. Zudem umfasst die Produktpalette von Dallmeier verschiedene Modelle von analogen Kameras sowie von IP-Kameras mit der Fähigkeit zu MPEG-2 oder MPEG-4 basiertem Streaming. Im Gegensatz zu anderen sog. IP-Kameras handelt es sich hierbei um Streaming in Echtzeit, wobei die Bilder sich qualitativ nicht von den besten analogen Aufnahmen unterscheiden. Sie sind lediglich digital erzeugt.

Alle Kameramodelle verfügen über ein umfangreiches Setup-Menü. Um die Konfiguration zu erleichtern, gibt es eine Reihe von Presets, die fast alle möglichen Szenarien abdecken. Der Errichter muss nur die passende Voreinstellung auswählen. Aufgrund seiner Spitzenstellung im Casino- Bereich hat Dallmeier außerdem spezielle Presets für die anspruchsvollen Betriebsumgebungen in Casinos entwickelt. Es gibt z.B. Presets für Anwendungen wie die Überwachung von Roulette- Kesseln oder Black-Jack Spieltischen. Dank optimal eingestellter Parameter reicht es, einfach einen Preset auszuwählen.

Nichtsdestotrotz kann der Anwender weitere Modifikationen vornehmen. Die Nutzung der Cam_inPix-Technologie in Casinos ist ein Quantensprung im Vergleich zur früher genutzten CCD-Technologie. Man kann nicht nur Spielkarten und Chips ganz deutlich erkennen, sondern auch die Personen im selben Bild. Das war zuvor mit keiner Kamera möglich.

Gibt es noch weitere technische Merkmale, die Sie im Test beeindruckt haben?

V. Damjanowski: Die Entwickler bei Dallmeier haben auch das Setup der Kamera gut durchdacht. Wenn der Errichter die Konfiguration nicht an der Kamera selbst über die externen Schalter durchführen will, so kann er das auch mittels der PView-Software von einem normalen PC aus tun.

Alternativ kann zur Kameraeinstellung auch eine speziell entwickelte Fernsteuerung verwendet werden. Da die Konfiguration in diesem Fall über das Videokabel erfolgt (egal ob Coax oder Twisted Pair), entfallen lästige Klettertouren auf Leitern.

Kürzlich war ich Zeuge bei der Markteinführung der Dallmeier DesignCams, die jeder beliebigen Umgebung, wie z.B. Büros, Flughäfen oder Einkaufszentren, angepasst werden können. Die DesignCams sind für Box- als auch Dome-Kameras erhältlich und beinhalten Designs wie Wurzelholz, Gold, Marmor und viele andere. Alle DesignCams werden nach höchsten deutschen Qualitätsmaßstäben gefertigt und der Fantasie sind bei der Gestaltung keine Grenzen gesetzt.

Bei vielen CCTV-Projekten, an denen ich beteiligt war, waren die Bauherren unzufrieden mit dem Aussehen herkömmlicher Überwachungskameras, da sie einfach nicht zur Raumgestaltung passen. Mit dieser Innovation hat Dallmeier die hervorragende Technik seiner Kameras nun auch stilvoll verpackt.

Herr Damjanowski, herzlichen Dank für das Gespräch

Zur Person

Vlado Damjanowski arbeitet als Autor und Seminarleiter und ist der australischen wie auch der internationalen Sicherheitsbranche als führender Experte im Bereich CCTV bestens bekannt.

Er hat einen Abschluss in Elektrotechnik der „Kiril i Metodij“-Universität in Skopje, Mazedonien, und hat sich im Rahmen seiner Ausbildung auf Fernsehtechnik spezialisiert. Bereits in seiner Diplomarbeit 1982 beschäftigte er sich mit CCD-Kameras, zehn Jahre vor deren umfangreicher kommerzieller Nutzung.

Im Jahre 1987 wanderte Vlado Damjanowski mit seiner Familie nach Australien aus, wo er anfänglich für den Fernsehsender TCN Channel 9 arbeitete, bevor er in die CCTV-Branche wechselte. Schon bald zählte er zu den renommiertesten Experten auf diesem Gebiet. Mit seiner eigenen Firma CCTV Labs steht Damjanowski bei CCTV-Projekten als Berater zur Verfügung, plant den Aufbau von Überwachungssystemen und ist weltweit unterwegs, um fertige Systeme zu testen und Anwenderschulungen durchzuführen.

Er hat bereits in ganz Australien und rund um den Globus eine Vielzahl von CCTV-Systemen entworfen und in Betrieb genommen. Darüber hinaus hat Vlado Damjanowski sein umfangreiches Wissen und seine langjährige Erfahrung in zahlreichen, internationalen Seminaren an mittlerweile mehr als 10.000 Anwender weitergegeben.

Zu den interessantesten Projekten, die Vlado Damjanowski federführend umgesetzt hat, zählen z. B. Darling Harbour, Downing Centre Control, Sydney City, Quantas International Freight Terminal und andere. Das größte von ihm in Australien realisierte CCTV-Projekt war das Überwachungssystem für das Star City Casino im Jahr 1997, bei dessen Umsetzung man völlig neue Wege in der Anwendung digitaler Videoaufzeichnungstechnologie ging und sich dank moderner Technik strittige Situationen noch unmittelbar am Spieltisch klären lassen. Ein weiteres, ähnlich revolutionäres Konzept lag dem 2003 begonnenen Projekt „Sands Casino“ in Macao zugrunde, an dem Damjanowski ebenfalls beteiligt war. Das dort realisierte CCTV-System basiert auf über 1200 Recordern mit MPEG-2-Kompression und einer voll funktionsfähigen Video-Matrix mit Switching-Funktionalität über ein TCP/IP-Netzwerk.

Kontakt

Vlado Damjanowski
vlado@cctvlabs.com

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