Leitfaden zur Einrichtung einer Videoüberwachung

Am Anfang jeder Videoüberwachung stehen meistens einer dieser 3 Überlegungen im Raum.

• Ich möchte mein Hab und Gut präventiv schützen, also schon vor einem Vorfall eine abschreckende Wirkung erzielen
• Ich möchte mein Hab und Gut absichern bzw. schützen und möchte in einem Ernstfall sofort die entsprechenden Maßnahmen einleiten können
• Ich möchte mein Hab und Gut absichern, damit nach einem Schadensfall ermittelt werden kann

Ich wähle hier bewusst die zwei Wörter "absichern" und "schützen" und zeige diese drei Gedanken im Detail auf, denn daraus lassen sich später die Schutzmaßnahmen, die Schutzziele und im anstehenden Planungsverfahren, die entsprechende Hard- und Software ableiten.
Eine genauere Betrachtung dieser Überlegungen ist durchaus sinnvoll und ratsam, da es in vielen Punkten einen Unterschied macht, ob ein Objekt abgesichert oder geschützt werden muss. Eine Absicherung ist oft nur passiv, z.B. ein hoher Zaun, wohingegen ein Schutz mitunter auch aktiv durch einen Wachdienst gewährleistet werden kann. Aktiv kann aber auch bedeuten, dass in einem Ernstfall eine Sirene oder ein optisches Signal automatisch eingreift, um das Vorhaben der Eindringlinge oder Störfaktoren zu unterbinden oder zumindest zu verzögern.

Die genannten drei Punkte schließen sich nicht gegenseitig aus, vielmehr können sie sich ergänzen um ein Optimum zu erreichen.

Ich werde im weiteren Verlauf auf dieses Thema bewusst nicht eingehen, da es so vielseitig ist und von den unterschiedlichsten Personen im Planungs- und Installationsprozess betrachtet wird, dass eine Aussage für eine bestimmte Person oder Firma nicht zielführend wäre.

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Viele Datenschutzmaßnahmen sind nicht im Einklang mit den hier im weiteren Verlauf aufgeführten Vorgehensweisen - was aber nicht bedeutet, dass eine Überwachung per se nicht umgesetzt werden kann!
Drei Punkte möchte ich dennoch festhalten.

• Öffentliche Bereiche dürfen nicht überwacht oder aufgezeichnet werden!
• Die Sprache ist des Menschens höchstes Gut. Eine Aufnahme oder eine Liveverfolgung ist somit nicht nur ein Vergehen, sondern eine Straftat! (Türsprechanlagen sind eine Ausnahme)
• Wenn das Schutzziel einer Einrichtung, eines Gebäudes oder einer Person höher angesiedelt wird als der Datenschutz, können in Einzelfällen Ausnahmen von den zuständigen Behörden, Datenschutzbeauftragten oder Betriebsräten erteilt werden

Ihr merkt vielleicht schon, dass meine Ausführungen, bedingt durch meinen Job, eher gewerblicher Natur sind. Das tut der Sache aber keinen Abbruch, da eine kritischere Sichtweise durchaus auch sinnvoll sein kann.
Die Regeln sind im privaten Umfeld a bisserl entschärfter, da keine Behörden oder Datenschutzbeauftragte in der Planung und Umsetzung involviert sind. Allerdings sind Nachbarn auch nicht immer die besten Freunde.

Der Grundtenor bleibt allerdings.
Die Persönlichkeitsrechte einer dritten Person stehen an erster Stelle und dürfen nicht verletzt werden!

Für eure komplette Planung, mit Sichtbereichen, Kameramodellen, Erfassung der Totbereiche und Detektionsbereiche mit px/m Angaben, könnt ihr diese Tools verwenden.

• AXIS Site Designer
• Dahua Project Tools
• Dahua Tool Box (EOL)
• IPVM Designer

Abgeleitet von den anfangs genannten 3 Punkten (Eure Gedanken), sollte folgendes nach Wichtigkeit festgelegt bzw. überprüft werden.

Das Schutzziel​

Eure erste Überlegung sollte immer die Definition des Schutzziels sein.
Was möchte ich mit einer Überwachung erreichen?
Die Antwort darauf definiert alles Weitere.

Klassische Schutzziele können sein:

1. Überstieg oder Durchbruch eines Zauns detektieren (Perimeterschutz)
2. Flächenüberwachung eines Grundstücks
3. Einstieg durch Fenster oder Türen detektieren
4. Bewegungserkennung in Innenräumen
5. Verfolgung von Personen und Fahrzeugen

Diese Arten der Detektion bzw. Überwachung, zusammen mit den nächsten Abschnitten, bestimmen später die Hardware und Software.

Die neuralgischen Punkte (kritische Stellen)​

Auch wenn ihr das jetzt nicht hören wollt, sage ich es dennoch. "Einbrecher sind meist nicht dumm!" Das Verhalten ähnelt sehr dem Fluss von Wasser, wie dieses, gehen sie den Weg des geringsten Widerstands.
Überlegt euch deshalb vorher gut, welche Punkte an eurem Grundstück schützenswert sind. Die teure und oft sehr sichere Eingangstüre ist es in vielen Fällen nicht, auch wenn hier noch ein anderer Aspekt zum tragen kommt, warum ihr diese überwachen wollt, nämlich die eigene Neugierde wissen zu wollen, wer vor der Tür steht.
Vielmehr sind es die dunklen, abgelegenen Stellen mit schwachen bis gar keinen Sicherheitsunterstützenden Bauteilen. Das können alte Kellertüren oder oft gekippte Kellerfenster sein. Gut und schnell erreichbare Terrassen und Balkone gehören ebenso in das Schema.
Der Schuppen im Garten mit den teuren Werkzeugen könnte auch verlockend sein, ebenso ein schlecht beleuchteter Carport, womöglich noch mit einem älteren Auto, das schnell aufgebrochen werden kann.

Tipp​

Bevor ihr jetzt viel Geld für eine gute Videoüberwachung ausgebt, macht euch zuvor auch Gedanken, was an eurem Grundstück oder Gebäude modernisiert werden kann und somit auch sicherer wird, damit es erst gar nicht so weit kommt, ein "Objekt der Begierde" zu werden. Solche Maßnahmen, wie Fenster oder Türen erneuern, werden in vielen Bundesländern auch subventioniert. Auch kleinere Investitionen zeigen Wirkung, wie neue Schlösser, Beschläge oder Sicherheitsrollos - denn, wie gesagt, die meisten wissen, wo sie hingreifen müssen und wo nicht!

Die örtlichen Gegebenheiten​

Habt ihr euch jetzt durch alle Tipps gehangelt und der Anschaffung einer Videoüberwachung steht nichts mehr im Wege, dann kommen wir nun zu den nächsten wichtigen Punkten, die keinesfalls ausser Acht gelassen werden dürfen. Die Positionen der Kameras und die damit einhergehende Gehäuse- und Objektivart. Die technischen Raffinessen und Konfigurationsmöglichkeiten sollen dabei auch nicht zu kurz kommen.
Bevor wir mit den Gehäuse- und Objektivarten starten, noch ein kurzer aber nützlicher Hinweis zu den Detektionsarten

DORI​

Um die genannten Schutzziele erreichen zu können, sind zwei Kamerawerte besonders relevant. Die Brennweite und die Auflösung. Letzterer ist maßgeblich dafür verantwortlich, welche der unten genannten Detailstufen umgesetzt werden können.
Für die Ermittlung stehen entweder die anfangs erwähnten Tools zur Verfügung oder man macht das einfach mit einem Lasermessgerät oder einem Maßband.
Die DORI-Werte werden meist im Datenblatt der Kameras aufgeführt und geben den entscheidenden Hinweis darauf, welche Kamera mit welcher Brennweite und Auflösung verwendet werden sollte.

Der DORI-Wert definiert die Detailstufe und die benötigte Pixelanzahl pro Meter, um eines dieser Ziele zu erreichen.

DORI Distance = Detect-Observe-Recognice-Identify
= Erfassen-Beobachten-Erkennen-Identifizieren
Hier ein Beispiel für Axis Kameras


¹ Bei schlechten Bedingungen können bis zu 500px/m notwendig sein!


Definition der Erkennungsstufen


Ein praktisches Beispiel:
Wie breit darf eine Szene maximal sein, damit man eine Person identifizieren kann?
Als Auflösung wird eine FullHD Kamera verwendet, also 1920*1080px
Die Formel lautet: 1920/250 = 7.68m
Für eine Erfassung bräuchten wir: 1920/25 = 76.8m

Nehmen wir nun eine 4k Kamera zur Hand, mit einer Auflösung von 3840*2160px
Für eine Identifizierung dürfte die Szene maximal 3840/250 = 15.36m breit sein.

An dem Beispiel erkennen wir gut, dass wir die Pixel von FullHD zu 4k (2.073. 600 zu 8.294.400 Pixel) um den Faktor 4 vergrößert haben, die Distanz aber nur verdoppelt wurde.
Der Preisunterschied zwischen 2mp und 4k Kameras folgt eher der Pixelanzahl und weniger der nutzbaren Fläche für eine Detektion.

Kameraarten​

Es gibt 2-3 wesentliche Eigenschaften die eine Kamera Indoor- oder Outdoortauglich machen. Zum einen die Wetterfestigkeit, angegeben in der IP-Klasse, zum anderen der Vandalismusschutz, definiert mit der IK-Klasse. Der dritte Punkt wären die verbauten IR-Sensoren für die Nachtsicht. Alternativen dazu sind auch schon seit 2-3 Jahren auf dem Markt (FullColor), später mehr dazu.
Neuere Kameras, z. B. von Dahua oder Axis, sind "alle" Outdoortauglich und haben, je nach Gehäuseart auch schon hohe IK-Klassen und auch IR an Board.

Objektivarten​

Eine weitere Eigenschaft einer Kamera ist die Brennweite. Diese kann Fix sein, z.B. 2.8mm oder variabel (VariFocal mit z.B. 2.8mm-13mm) oder das Objektiv ist sogar austauschbar, wie bei Boxkameras. Ohne jetzt tiefer ins Detail gehen zu wollen, nur eine kurze Einführung in das Thema "Brennweite".

Je kleiner der Wert ist, desto größer ist der Sichtbereich. Dieser kann bis zu 120° groß sein. Der Telebereich fängt bei ca. 4-6mm an, je nach Sensorgröße, und kann bis 60mm hoch gehen. Damit werden dann Strecken mit über 100-200m überwacht. In diesem Brennweitenbereich schrumpft der horizontale Sichtbereich, von den vorherigen 120°, auf ca 8°. Ausserdem wird mit zunehmender Brennweite der Totbereich unterhalb und vor der Kamera immer größer. Bei 2.8mm können wir fast unterhalb der Kamera eine Person erfassen, bei 60mm fängt der tatsächliche Sichtbereich erst ca. 15m nach der Kamera an.

Sensorgrößen​

Eine Auswahl aktueller CMOS Sensoren.

Tipp​

Bitte ignoriert den Pixelkampf in der Werbung! Das ist kein Kriterium für ein gutes Bild, allerdings wichtig, wenn man eine bestimmte Detektionsart (DORI) anstrebt. Ein kleines Beispiel, mit dem Blick auf die oben genannten Werte.

Ein kleiner 1/3" Sensor, welcher bei den günstigen Kameras die Regel ist, muss nun mit 2592×1944 Pixel (5mp) auf 4.8*3.6mm vollgestopft werden. Die Folge, jedes Pixel ist nun so klein, dass nur sehr wenig Licht aufgenommen werden kann. Das Resultat, verrauschte Bilder, Ghosting-Effekte durch zu lange Verschlusszeiten inkl. Gainerhöhungen und eine schlechtere Detektion.

Die bessere Alternative:
Eine 4mp (2688×1520) Kamera mit 1/1.8" Sensor. Hier werden nun weniger Pixel auf eine größere Fläche von 7.2*5.4mm verteilt. Das Resultat hier, um ein vielfaches mehr Licht pro Pixel, weniger Bildrauschen und Farbbilder bis in die Nacht hinein.

Praxisbeispiele von meinem Grundstück.
22:30 mit ein wenig Restlicht von der Laterne.
Modell: HFW5849T1P-ASE-LED
8mp / 1/1.8" Sensor


Gleiche Uhrzeit mit wenig Restlicht
Modell: HFW5541E-ZE
5mp / 1/2.7mm Sensor


Obwohl die 8mp deutlich mehr Pixel hat, liefert sie trotzdem noch ein Farbbild, dank größerem Sensor.
Achtet also weniger auf die Pixelanzahl, vielmehr sind folgende Kriterien näher unter die Lupe zu nehmen.

Welche Kamerawerte machen ein (gutes) Bild? ​

Hardware (direkter Einfluss) ​

1. Sensorgröße
   1. Je größer der Sensor, desto mehr Licht trifft auf die Pixel. Die Tag- Nachtgrenze verschiebt sich und man bekommt länger ein farbiges Bild dargestellt.
   2. Mehr Licht bedeutet auch, dass das Bild weniger verrauscht bei schlechten Lichtverhältnissen.
2. Blende (F)
   1. Je kleiner die Blendenzahl (1.0 - 6.3mm), desto mehr Licht fällt auf den Sensor.
   2. Die Blende hat Einfluss auf die Schärfentiefe.
3. Verschlusszeit (Shutter s)
   1. Mit kurzen Zeiten können schnelle Bewegungen scharf eingefangen werden. Nachteil, wenn es dunkler wird, kommt weniger Licht auf den Sensor
   2. Lange Zeiten können Ghosting-Effekte hervorrufen
   3. Die Shutter-Zeit steht im Zusammenhang mit dem fps-Wert (Bilder pro Sekunde).
4. Brennweite (f)
   1. Sie hat fast keinen direkten Einfluss auf die Qualität des Bildes, sondern regelt vorrangig den Sichtbereich (Nah- und Telebereich).
   2. Kleine Brennweiten können das Bild verzeichnen (gebogene Linien).
   3. Im Telebereich treten Verwacklungen auf. Mit EIS (Elektronische Bild Stabilisierung) kann dem entgegen gewirkt werden.
5. Gain (ISO)
   1. Gehört eigentlich zur Software, steht aber unmittelbar im Zusammenhang mit der oberen Hardware
   2. Mit einem hohen Gainwert können die Nachteile bei schlechten Lichtverhältnissen ausgeglichen werden. Wenn der Shutterwert und die Blende an ihre Grenzen stoßen und das Bild immer dunkler wird zu später Stunde, wird bzw. kann der Wert (autom.) erhöht werden.
      Je höher der Gainwert, desto mehr rauschen entsteht im Bild, was wiederum schlecht für die Detektion wäre.

Software (indirekter bzw. zusätzlicher Einfluss) ​

1. Wide Dynamic Range (WDR)
   1. Landet nicht in der oberen Aufzählung, weil es auch ohne diese, entweder durch Software geregelte oder Prozessorgesteurte, Bildanpassung gelingt ein Foto bzw. Video aufzunehmen. Allerdings ist diese Art der Bildoptimierung unerlässlich im Aussenbereich und bei schwierigen Lichtverhältnissen im Innenbereich. Szenen mit starken Kontrasten, z.B. grellem Lichteinfall in ein sonst dunkles Zimmer oder direkte Sonneneinstrahlung auf den Sensor, werden durch WDR harmonischer und der Dynamikumfang wird größer - das kommt der Detektion zu Gute.
   2. Der Wert für WDR wird in dB dargestellt. Man unterscheidet zwischen 2 Varianten, die letztendlich auch die Qualität bestimmen. Bei günstigen Kameras wird das Bild per Software durch eine Kontrastanpassung verändert (bis ca. 90-100dB). Ab ca. 100-110dB wird die "Anpassung" über den Prozessor durchgeführt. Dabei werden 3 unterschiedlich belichtete Bilder zusammengefügt. Mit dieser Technik wird bisher das beste Ergebnis von bis zu 160dB erzielt.
2. fps
   1. Bilder pro Sekunde. Ab ca. 15fps erkennt das menschliche Auge kein ruckeln im Bild. Überlegt euch vorher was ihr aufzeichnen wollt. Um Autos und Radfahrer scharf abbilden zu können, sind 15fps zu wenig. Je schneller sich das aufzunehmende Objekt bewegt, desto höher muss der fps-Wert liegen.
   2. Der fps-Wert steht im Zusammenhang mit dem Shutter-Wert.
3. Codec
   1. Der Codec ist entscheidend für den Speicherbedarf und die Höhe des Komprimierungsgrads. Unterschieden wird zwischen h264 und h265. MJPEG wird in der Regel nicht mehr verwendet, da er zu viele Ressourcen frisst.
   2. h265 erfordert am Client mehr Ressourcen für die Dekodierung. Durch die stärkere und bessere Komprimierung wird dafür weniger Speicher verwendet, bei gleichbleibender Bildqualität.
4. Profile
   1. h264 besteht zudem aus verschiedenen Profilen (H, M, B). Diese geben die Kompatibilität bestimmter Werte innerhalb des Codecs vor. In der Regel müsst ihr euch darum nicht kümmern. Mit M (Main) und H (High) seid ihr gut versorgt.

Je nach Hersteller können noch die verschiedensten Dinge konfiguriert werden, die dann das Bild mal mehr und mal weniger beeinflussen oder sich in der Ressourcenauslastung der Kamera, des Servers oder des Clients bemerkbar machen.

1. i-Frames
   1. Vollbilder zwischen den 'Teilbildern". Je mehr Vollbilder, desto höher die Auslastung am Server. Allerdings wird auch der Einsprung in eine Aufzeichnungssequenz genauer. Eine Aufzeichnung bzw. ein hinreinspringen in eine aufgezeichnete Sequenz beginnt bzw. erfordert immer ein Vollbild.
2. Bitrate
   1. Bestimmt die Qualität des Bildes und gibt an wie viele Details zu erkennen sind. Je höher der Wert, desto besser das Bild. Allerdings erhöht sich die Auslastung und es wird mehr Speicher benötigt.
3. Bitratenart
   1. Meistens wird zwischen CBS (konstante Bitrate) und VBS (variable Bitrate) unterschieden. Es gibt aber noch feinere Abstufungen, die gerne von hochpreisigen Herstellern verwendet werden. Diese werden dann für spezielle Aufnahmesituationen verwendet.

Einige Hersteller kochen noch ihr eigenes Süppchen in der Codec-Küche. Eigene, nicht der Norm entsprechende Codecs hören sich erstmal toll an und versprechen sehr viel, sind aber nur in der Produktwelt des Herstellers kompatibel. Ein spezieller Codec von Hikvision funktioniert deshalb gar nicht oder nur stark eingeschränkt in der Surveillance Station.

Kamera-Stream​

Jede (gute) Kamera sollte mindestens 2 Streams mit h264 und h265 unterstützen. Der 1. Stream ist für die Aufzeichnung und sollte von den Einstellungen so konfiguriert werden, dass alle relevanten Werte, die ich oben genannt habe, das Maximum abbilden.
Ihr wollt schließlich das Beste eurer 4k herausholen. Ein beschneiden der Maximalwerte wäre kontraproduktiv.
Der 2. Stream ist für eines mobile Ansicht und wird dementsprechend geringer von den Werten konfiguriert.
Bessere Modelle, wie z.B. AXIS, bieten bis zu 5 Streams und mehr an. Hier kann noch differenzierter entschieden werden, was mit welchem Stream passieren soll.

Tipp​

Standardeinstellung des 1. Streams

Auflösung: das Maximum der Kamera
Codec: bis 4mp: h264 / ab 4mp: h265
fps: 25 bzw das Maximum
Bitrate: mind. 4096, bei 5mp oder höher gerne mehr (der Wert sollte durch 16 teilbar sein)
i-iframe: als Grundlage gilt die Formel =2*fps
Bitratenart: feel free. Da gibt es keine Regel

Noch ein Tipp​

In Europa ist der PAL Standard zuhause, also 25fps bzw. ein vielfaches davon.
In anderen Ländern ist es NTSC, also ca. 30fps. Diesen Unterschied könnt ihr euch zu nutze machen. Wenn ihr eure Kamera auf NTSC stellt profitiert ihr von mehr Bildern pro Sekunde.
Bedenkt aber, unser Stromnetz läuft im Takt von 50hz. Wenn ihr eine Szene mit künstlicher Beleuchtung habt, pulsiert diese im Takt von 50. Eine Aufnahme mit dem Takt von 30 oder 60 bringt euch diesen pulsieren bzw. flackern in das Bild mit rein.

Vergleich der Kameraarten​

Der Vergleich zwischen Indoor und Outdoor betrifft in diesen Beispielen den allgemeinen Verwendungszweck, nicht die Tauglichkeit der Kamera oder des Detektors!

Standard-Kameras​

Spezial-Kameras bzw. Detektoren​

¹ Auch wenn die Domekamera in den letzten Jahrzehnten immer das geeignete Mittel der Wahl für den Aussenbereich war - oft wegen der IK-Klasse - solltet ihr gut überlegen und die Vor- und Nachteile bedenken, bevor ihr diese einsetzt.
² Natürlich ist eine Bullet grundsätzlich auch für den Innenbereich geeignet, auf Grund der größeren Gehäuseart aber oft optisch nicht so ansprechend.
³ Fisheye haben oft keine IP-Klassifizierung für den Aussenbereich oder es fehlen die IR-Sensoren. Falls man 360° wirklich benötigt, würde ich eher eine Multisensorkamera empfehlen.
⁴ Indoor auch gerne gesehen, z.B. in großen Hallen zur Überwachung von mehreren Toren.
⁵ Indoor PTZ-Kameras ähneln den Dome-Kameras und sind von der Bauart deutlich kleiner als die großen Brüder von draußen, erreichen dabei aber auch nicht die Zoomstufen - was im Innenbereich auch nur selten gefordert wird.

Tipp​

Viele Kameras glänzen oft mit einer extrem hohen Anzahl an IR-LEDs und die Hersteller äussern in den technischen Details solche Aussagen wie, "sehr gute Ausleuchtung", "lange Strecken", etc.
Ignoriert das, hier steckt nur billige Technik drin, die durch die Anzahl der IR-LEDs aufpoliert werden soll.
IR ist für eine gute Detektion in der Nacht sehr wichtig, daran sollte nicht gespart werden. Viele LEDs erhitzen den Bildsensor übermäßig hoch, da sie Ringförmig über diesem liegen. Das führt zu einer schlechteren Bildqualität, manchmal nicht sofort sichtbar aber am Detektionsverhalten spürbar.
Wenn die LEDs von guter Qualität sind, reichen 2-4 Stück. Dahua PTZ Kameras haben 4 LEDs und leuchten bei 45-fach Zoom auf 180m aus.

Technische Gadgets​

Ich würde gerne noch auf ein paar technische Begriffe eingehen, die nicht nur Kunden anlocken können, sondern durchaus einen schönen Mehrwert für viele Projekte bieten werden.

Full-Color, StarLight​

Mein persönliches Highlight aus den letzten Jahren. Kameras mit dieser Technik besitzen einen sehr großen Sensor und können damit extrem viel Licht aufnehmen und bis spät in die Abendstunden noch ein Farbbild liefern (s. Fotos bei "Sensorgrößen"). Mit ein wenig Restlicht von einer Laterne oder der eigenen Hofbeleuchtung können die komplette Nacht hinweg Farbbilder wiedergeben werden.

Active Deterrence (TIOC bei Dauha) ​

Hier stecken mehrere Techniken drin. Zum einen eine Sirene, eine optische Abschreckung (rot-blaues Blitzlicht), 2-Wege-Audio und warme LEDs zur Ausleuchtung

Smart IR​

Intelligentes IR-Licht, welches sich der Zoomstufe und der Entfernung zum Objekt anpasst. Eine Überbelichtung ist damit ausgeschlossen.

Smart Focus (PFA bei Dahua) ​

Intelligenter Autofokus der während des zoomens immer korrekt fokussiert.

ePOE (Dahua)​

Damit können per Cat7 Kabel Strecken von bis 800m überwunden werden. Normal ist ab ca. 90m ein weiter Switch notwendig.

BLC und HLC - Die 2 Pendants zu WDR ​

Fast nie erwähnt und voll unterschätzt. Backlight- und Highlight Compensation. Diese 2 Features kommen zum Einsatz, wenn Spitzlichter oder extreme Tiefen im Bild vorhanden sind. Ähnlich wie bei WDR wird der Dynamikumfang angepasst (Softwarebasiert) und das Bild wirkt danach als wäre es korrekt belichtet. Beispiel dafür könnte sein, dass Autoscheinwerfer permanent in der Szene sind und die Kegel das Bild falsch belichten. Oder eine, durch IR-Licht, überbelichtete weiße Hauswand.

Fangen wir mit einem Zitat von Andrew Ng (Stanford University) an.

"Wenn ein typischer Mensch eine geistige Aufgabe in weniger als einer Gedenksekunde erledigen kann, können wir das mit KI automatisieren."

Hintergrund und Arten ​

Um zu verstehen, wie eine KI funktioniert und was sich hinter einem neuronalen Netzwerk verbirgt, brauch es einiges an Background. Für unser Einsatzfeld möchte ich daher nur erwähnen, dass sämtliche Klassifizierungen auf einem Trainingsmodell beruhen. Je umfangreicher dieses ist, umso genauer ist das Ergebnis. Ein solches Modell besteht aus tausenden oder gar Millionen von Bildern. Die Bestimmung auf Richtigkeit bzw. die Arten von Alarmen werden in 4 Bereiche gegliedert.


Wichtig zu wissen ist, eine KI ist nicht unfehlbar und sollte lediglich als Ergänzung angesehen werden. Auch wenn der derzeitige Markt fast schon Wunder verspricht, sollte nicht vergessen werden, dass eine KI auch sehr leicht ausgetrickst werden kann. Gehen wir ein bisschen ins Detail.

Es gibt in der Kameratechnik zwei Arten von KI. Machine Learning (ML) und Deep Learning (DL). Ich möchte hier gar nicht näher die technische Raffinesse hinter diesen Algorithmen aufzeigen, sondern vielmehr darauf eingehen, dass es, nennen wir es mal, "Qualitätsunterschiede" gibt.
Während ML auf "ganze" Bilder angewiesen ist und z.B nur Personen klassifizieren kann, die komplett im Bild stehen, ist DL ein weniger ausgereifter. Personen die kriechen, sich bücken, hinter Hindernissen stehen, werden trotzdem korrekt klassifiziert.
Ein exotisches Auto mit einer ungewöhnlichen Form, kann mit ML falsch oder gar nicht eingeordnet werden. DL kann mit Metadaten umgehen, wie Farbe, Form, Ausdruck, Kleidungsarten, Fahrzeugtypen, etc.
Jetzt wird vielleicht auch klar, wo die Grenzen gesteckt sind und wie die KI überlistet werden kann.
Klar sollte aber auch sein, dass dies eine Momentaufnahme aus 2023 ist und der ganze Zauber in 1- 2 Jahren wieder anders aussehen wird.

Erweiterte Analysen um das Schutzziel zu erreichen​

1. Personen- oder Fahrzeugerkennnung auf dem Grundstück
2. Gesichtsabgleich (nicht zu verwechseln mit der Gesichtserkennung)
3. Metadatenanalyse (Farbe der Kleidung oder des Fahrzeugs, Fahrzeugtyp, Fahrzeughersteller, Gesichtsausdrücke, Haltung, etc.)
4. Akustische Auswertung (Schüsse, Schreie, Unfälle, etc.)
5. Nummernschilderfassung (Industrie und Retail)
6. KI-basiertes Autotracking
7. Diebstahlerkennung (Retail)
8. Erkennung von Menschenansammlungen

Die Liste der KI-Analysen wächst quasi im Minutentakt, analog zu der Leistung der CPUs, GPUs und dem allen voran, den ganz individuellen Anforderugen im Retail- Industrie- und Privatkundenbereich. Eine neue Analyse auf die Beine zu stellen ist nicht sehr schwierig, wenn die richtigen Trainingsdaten dem Hersteller zur Verfügung gestellt werden.
Nur die eigene Vorstellungskraft zeigt die Grenzen auf.

Erweiterte Analysen um den Datenschutz zu gewährleisten​

1. KI-basiertes Verpixeln (Privacy Shield) - 1. Stream verpixelt, 2. Stream unverpixelt
2. dynamische Privatzonen

Abgeleitet von den Planungspunkten wird nun die Hardware und Software bestimmt. Der Geldbeutel spielt dabei natürlich auch eine Rolle.
Ich möchte nun ungern - mache es aber dennoch - auf bestimmte Hersteller eingehen, vielmehr auf die technischen Eckdaten, da diese eine relevantere Rolle spielen und sich dadurch eh die einen oder anderen Produkte in den Vordergrund stellen werden oder sich gleich ins Nirwana befördern.
Ich kenne aber auch seit Jahren die hier Schreibenden und Mitlesenden und weiß, dass eh danach gefragt wird. Also bitte, zwei, drei persönliche Meiningen.

Ich würde hier unterscheiden zwischen privat und gewerblich, da sich auch die Anforderungen und finanziellen Mittel in diesen Feldern unterscheiden.
Auf Billigprodukte und No-Names, die durch aggressives Marketing oder mit nicht nachvollziehbaren positiven Bewertungen hervorstechen, werde ich nicht eingehen.
Ich habe privat und beruflich einen gewissen Anspruch an die Technik. Da spielen nicht nur ökonomische Aspekte mit rein sondern auch ökologische.
Billige - nicht günstige! - Kameras, glänzen weder in puncto Qualität noch sind die technischen Werte überzeugend - zumindest wenn man eine einigermaßen durchdachte Überwachung anstrebt und gewisse Anforderungen an die oben genannten Punkte in der Planung hat.

Kamerahersteller (privat / gewerblich)​

1. Dahua / Axis
2. Hanwha / VCA
3. Hikvision / i-pro

Video Management Software (VMS) - Servergebunden​

Ohne Lizenzen (privat / gewerblich)

• Dahua DSS (bis 64 Kanäle kostenlos)
• Axis Companion / Axis Camera Station

Lizenzgebunden (privat / gewerblich)

• NetworkOptix / Genetec
• NAS mit der Surveillance Station / Milestone

Network Video Recorder (NVR)​

Fast jeder Kamerahersteller bietet auch einen passenden NVR an, deshalb nur zwei Beispiele.

Ohne Lizenzen / Lizenzgebunden

• Dahua NVR / Synology NVR

Tipp​

Immer mehr Hersteller bieten auch sogenannte AI-Boxen an, zB. von Thundercomm/Qualcomm die EB5. Hier geht der Mehrwert eindeutig in Richtung KI. Der Vorteil liegt darin, dass ein Bestandssystem mit "dummen" Kameras sofort Intelligent wird und über zahlreiche performante KI-Lösungen verfügt.
Zugegeben, die Preise sind noch ziemlich hoch für den Otto-Normal-Verbraucher, allerdings liegt ein Synology NVR in der selben Preisrange und bietet nicht annähernd dieses Paket.

Systemarchitektur​

Die oben genannten Systeme lassen sich in zwei Gruppen aufteilen, wobei jede dieser Gruppe Vor- und Nachteile mit sich bringt.
Zum einen gibt es "geschlossene Systeme". Das sind meist die vom Kamerahersteller angebotenen NVRs. Oft werden ausschließlich die eigenen Kameras unterstützt oder nur wenige Ausnahmen sind direkt implementiert.
"Offene Systeme" hingegen unterstützen nativ einige dutzende oder gar hunderte Kameras.

Vor- und Nachteile​

​

Einbindung der Kameras in die/den VMS/NVR​

Wenn man von "unterstützen" spricht, sollte auch hier unterschieden werden, wie dieses Unterstützung bewerkstelligt wird. Drei der gängigsten Methoden wären

• Nativ über API
  • Schnittstelle die vom Hersteller angeboten wird
• Onvif
  • offener Standard der permanent weiterentwickelt wird
  • die gängigsten Profile sind M, S, T
  • https://www.onvif.org/profiles/
• RTSP
  • der reine Videostream

​

Vor- und Nachteile​

Im letzten Kapitel soll es um die korrekte Montage und Ausrichtung der Kameras gehen. Hört sich einfach an und ist es auch, wenn ein paar Dinge beachtet werden.

Montage​

• Die Montagehöhe sollte mindestens 2.70m betragen
• Wenn mit IR oder LEDs gearbeitet wird, empfiehlt es sich die Kamera auf eine Höhe zu bringen, die danach noch mit Putzutensilien erreicht werden kann. Dreck, Insekten und Spinnweben lassen nicht lange auf sich warten
• Setze deine Kamera niemals hinter ein Fenster! Die Wellenlänge des IR-Lichts ist in einem Bereich, der nicht durch Glas hindurch kommt. Das Fenster wird in der Nacht zum Spiegel
• Im Aussenbereich ist es von Vorteil mit UV-beständigen Materialien zu arbeiten
• Kabel unter der Erde sollten Frostsicher, also mind. 80cm tief, verlegt werden. Es sollten auch spezielle Erdkabel verwendet werden

Sichtbereich​

• Wenn dieser im Vorfeld nicht eindeutig definiert werden kann, nehmt ein paar Euros mehr in die Hand und kauft Kameras mit VarioFocal Objektiven
• Konzentriert euch immer voll auf die Szene die überwacht werden soll. Die Hauswand gehört nicht dazu, wenn der Fokus auf dem Hof liegt oder dem Garten. Ihr zahlt viel Geld für Megapixel. Wenn von 8000px, 6000px auf die Wand zeigen, ist das Geldverschwendung. Ebenso ist der Himmel völlig uninteressant, ausser ihr macht bei SETI mit . Überlegt euch wie weit die Szene und der Detektionsbereich gehen sollen, der Rest ist unwichtig!
• Wenn der Sichtbereich eher in die Tiefe statt in die Breite gehen soll, z.B. entlang eines Zauns (Perimeterschutz), entlang der Hauswand (Einstiegsschutz), dann ist es sinnvoll die Kamera in den Corridor-Modus zu wechseln. Dafür wird das Gehäuse um 90° gedreht. Die Software passt das Bild entweder automatisch an oder ihr macht das im Bildmenü manuell

Hier ein kleines Beispiel von einem Forumsmitglied, danke für die Bilder @reha

Falsch - die Hälfte des Bildes ist unbrauchbar. Dafür hätte es keine 5mp Kamera gebraucht!


Richtig (Position, WDR und LDC-Linienbegradigung eingeschaltet)


Falsch (Position richtig, WDR und LDC ausgeschaltet)

Konfiguration​

Dieser Abschnitt dreht sich um ein paar Empfehlungen, die ich, seit meinem Einstieg in die Videotechnik im Jahr 2009, angesammelt habe. Die Konfiguration von Rekorder/NAS/Server/Kamera ist immer sehr individuell und hängt von der Hardware, der Software und seinen persönlichen Vorlieben und den Reglementierungen der jeweiligen Geräte ab.
Die folgenden Einstellungen für Kameras und Server/NVRs sollen nicht in Stein gemeißelt sein, ausser ich weise explzit durch diese Schriftfarbe darauf hin.
Wichtig ist auch zu wissen, wie die Kommunikation zwischen Kamera und Server funktioniert. Also mit welchem Protokoll die Kamera eingebunden wurde.
Im Idealfall "sprechen" beide Geräte bidirektional. Werte die im Server/NVR geändert werden, überträgt das System auch an die Kamera, vice versa. Leider ist der Idealfall eher selten und auch oft nur in der jeweiligen Produktwelt der Hersteller gegeben.

Tipp​

Um auf Nummer sicher zu gehen, dass die Einstellungen auch wirklich übernommen werden, konfiguriert die Werte immer direkt auf der Kamera. So ist auch sichergestellt, dass ihr alle Funktionen zu Gesicht bekommt und der Rekorder euch nichts verbirgt, weil vielleicht die Firmware noch nicht alles unterstützt oder Funktionen noch nicht in der GUI auftauchen.

Server / NVR / NAS und Netzwerk ​

Zur Berechnung der Speicher gibt es einige Tools im Netz. Allen voran natürlich bei den Herstellern. Auch diverse Tools zur Bandbreitenberechnung und erforderliche Hardwarespezifikationen sind dort zu finden.

• Konfiguriert immer mind. 2 Streams, wobei der erste immer die maximalen machbaren Werte der Kamera abbildet
• Wenn mehrere HDDs verbaut sind, konfiguriert die Aufnahme so, dass jede 2. Kamera auf der 2. HDD aufnimmt.
  • Wenn eine Aufzeichnung vom 2. Stream konfiguriert ist, wendet hier das selbe Prinzip an, nur über Kreuz.

Mit dieser Art der Konfiguration erreicht ihr auch ohne Backup oder Failover eine Art "Redundanz".

​

• Konfiguriert immer einen NTP Server im Kameranetz, damit alle Geräte die korrekte Zeit aufweisen
  • Konfiguriert immer die Zeitzone und DST (Sommer- Winterzeit)
  • Falls https zum Einsatz kommt, ist ein korrekter Zeitstempel notwendig für die Erstellung der Zertifikate
• Je nach Möglichkeiten in der Konfiguration sollte die Verbindung zwischen Kamera und Server/NVR verschlüsselt werden (mind. https)
  • Die Verbindung von ausserhalb ins Kameranetz sollte ebenfalls mit einer https Verbindung gesichert werden
• Wenn mehrere Clients im Netz sind, die gleichzeitig auf mehrere Streams zugreifen, empfiehlt es sich ein Multicast-Netzwerk einzurichten
• Die Kommunikation zur Kamera sollte primär erst mit UDP aufgebaut werden. Erst wenn es zu Problemen kommt, sollte man auf TCP umstellen
• Das Kameranetz sollte nicht in einem Produktivnetz aufgebaut werden. Andere Dienste und Clients beeinflußen negativ die Lastenverteilung im Netz
  • Ab einer bestimmten Größe, die ich hier nicht näher definieren möchte, da zu viele Faktoren darauf Einfluß haben, empfiehlt es sich, ein Video VLAN aufzuspannen
  • Wenn eine Windows-VMS verwendet wird, sollte auch hier kein Produktivsystem laufen

Kamera​

• Konfiguriert immer die NTP-Einstellungen in der Kamera
  • Zeitzone und DST (Sommer- Winterzeit) müssen immer korrekt konfiguriert sein
• Ein Zeitstempel im Bild hilft bei der Beweisaufnahme
• Richtet Privatzonen für die öffentlichen Bereiche ein
• Verwendet immer mindestens 2 Streams (einer Hochauflösend, der andere z.B. VGA für eine Mobile Verbindung)