監控全解

  電視監控系統的前端設備電視監控系統的前端設備通常由攝像機、手動(dòng)或電動(dòng)鏡頭、云臺、防護罩、監聽(tīng)器、報警探測器和多功能×××等部件組成，它們各司其職，并通過(guò)有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)或光纖傳輸媒介與中心控制系統的各種設備建立相應的聯(lián)系（傳輸視/音頻信號及控制、報警信號）。在實(shí)際的電視監控系統中，這些前端設備不一定同時(shí)使用，但實(shí)現監控現場(chǎng)圖像采集的攝像機和鏡頭是必不可少的。   2. 1 攝像機攝像機是獲取監視現場(chǎng)圖像的前端設備，它以面陣CCD圖像傳感器為核心部件，外加同步信號產(chǎn)生電路、視頻信號處理電路及電源等。近年來(lái)，新型的低成本MOS圖像傳感器有了較快速的發(fā)展，基于MOS圖像傳感器的攝像機已開(kāi)始被應用于對圖像質(zhì)量要求不高的可視電話(huà)或會(huì )議電視系統中。由于MOS圖像傳感器的分辨率和低照度等到主要指標暫時(shí)還比不上CCD圖像傳感器，因此，在電視監控系統中使用攝像機仍為CCD攝像機。攝像機具有黑白和彩色之分，由于黑白攝像機具有高分辨率、低照度等優(yōu)點(diǎn)，特別是它可以在紅外光照下成像，因此在電視監控系統中，黑白CCD攝像機仍具有較高的市場(chǎng)占有率。順便指出，在各商家列出的閉路電視監控器材清單中的攝像機通常都是不帶鏡頭的（一體化攝像機除外），因此在實(shí)際應用中，應根據監控現場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境及用戶(hù)要求，為攝像機配合適的鏡頭（詳見(jiàn)本章第2-2節）。 2. 1. 1 黑白CCD攝像機的主要參數在電視監控系統中選擇攝像機，一般要看幾個(gè)主要的參數，即分辨率、最低照度和信噪比等，另外還要考慮攝像機的附帶功能及價(jià)格和今后服務(wù)等因素。以下對攝像機的幾個(gè)主要參數作一介紹。 A、 CCD尺寸及像素數 CCD尺寸指的是CCD圖像傳感器感光面的對角線(xiàn)尺寸，早期的CCD尺寸比較大，為lin、2/3in和1/2in等幾種，因而近年來(lái)用于電視監控攝像機的CCD尺寸以1/3in為主流。像素數指的是攝像機CCD傳感器的最大像素數，有些給出了水平及垂直方向的像素數，如500H*582V，有些則組出了前兩者的乘積值，如30萬(wàn)像素。對于一定尺寸的CCD芯片，像素數越多則意味著(zhù)每一像素單元的面積越小，因而由該芯片構成的攝像機的分辨率也就越高。例如，在電視監控攝像機中使用的CCD傳感器的像素有的已達到48萬(wàn)像素。 B、分辨率分辨率是衡量攝像機優(yōu)劣的一個(gè)重要參數，它指的是當攝像機攝取等間隔排列的黑白相間條紋時(shí)，在監視器（應比攝像機的分辨率高）上能夠看到的最多線(xiàn)數。當超過(guò)這一線(xiàn)數時(shí)，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片而不能再辨出黑白相間的線(xiàn)條。工業(yè)監視用攝像機的分辨率通常在380~460線(xiàn)之間，廣播級攝像機的分辨率則可達到700線(xiàn)左右。 C、 低照度低照度指的是當被攝景物的光亮度低到一定程度而使攝像機輸出的視頻信號電平低到某一規定值時(shí)的景物光亮度值。測定此參數時(shí)，還應特別注明鏡頭的最大相對孔徑。例如，使用F1. 2的鏡頭，當被景物的光亮度值低到0. 04lx時(shí)，攝像機輸出的視頻信號幅值為最大幅值的50%，即達到350mV（標準視頻信號最大幅起來(lái) 700mV），則稱(chēng)此攝像機的最低照度為0. 04lx/F1. 2。被攝景物的光亮度值再低，攝像要輸出的視頻信號的幅值就達不到350mV了，反映在監視器的屏幕上，將是一屏很難分辨出層次的、灰暗的圖像。 D、信噪比及伽瑪校正系數信噪比也是攝像機的一個(gè)主要參數。其基本定義是信號對于噪聲的比值乘以20log，一般攝像機給出的信噪比值均是在A(yíng)GC（自動(dòng)增益控制）關(guān)閉時(shí)的值，因為當AGC接通時(shí)，會(huì )對小信號進(jìn)行提升，使得噪聲電平也相應提高。CCD攝像機的信噪比的典型值一般為45~55dB。測量信噪比參數時(shí)，應使用視頻雜波測量?jì)x直接連接于攝像機的視頻輸出端子上。伽瑪校正系數前面提到的γ值，其典型值為γ=0. 45?，F行攝像機大都采用了固定的γ值。 2. 1. 2 黑白CCD攝像機的附帶功能除了上述介紹的基本參數外，各品牌的攝像機大都還有一些附帶的功能，如自動(dòng)光圈接口、電子快門(mén)、自動(dòng)增益控制、逆光補償、線(xiàn)鎖定同步及外同步等，下面簡(jiǎn)要介紹一下。 A、電動(dòng)光圈接口目前在市場(chǎng)上見(jiàn)到的標準CCD攝像機大都帶有驅動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭的接口，其中有些只提供一種驅動(dòng)方式（通常為視頻驅動(dòng)方式），也就是說(shuō)，它只能配接VD型的自動(dòng)光圈鏡頭，有些則可同時(shí)提供兩種驅動(dòng)方式（視頻驅動(dòng)和直流驅動(dòng)）供用戶(hù)選擇，因此，它可以配接任何自動(dòng)光圈鏡頭。這里，視頻驅動(dòng)（Video Driver，簡(jiǎn)稱(chēng)VD）方式是指攝像機將視頻信號電平輸出到自動(dòng)光圈鏡頭的內部，再由其內部的驅動(dòng)電路輸出控制電壓，使鏡頭光圈調整電動(dòng)機轉動(dòng)；直流驅動(dòng)（DC Driver，簡(jiǎn)稱(chēng)DD）方式則是指攝像機內部增加了鏡頭光圈電動(dòng)機的驅動(dòng)電路，可以直接輸出直流控制電壓到鏡頭內的光圈電動(dòng)機并使其轉動(dòng)，因此，具有直流驅動(dòng)接口的攝像機的成本就稍許高一些（因為增加了一部分電路），但所選配的自動(dòng)光圈鏡頭則因其內部不含有驅動(dòng)電路而體積稍小一些，價(jià)格也就低一些。不同品牌及型號的攝像機所帶自動(dòng)光圈接口的位置及形式是不完全一樣。一般攝像機的自動(dòng)光圈接口設置在機身的后面板上，但也有一些則設在機身的側面。圖2-1示出幾種不同形式的自動(dòng)光圈的接口，其中陰式方四孔接口最為常見(jiàn)，但不同攝像機對其各針腳的定義又不完全相同。一般視頻驅動(dòng)自動(dòng)光圈接口使用3個(gè)針，即電源、視頻、接地；而直流驅動(dòng)自動(dòng)光圈接口使用4個(gè)針，即阻尼正、阻尼負、驅動(dòng)正、驅動(dòng)負。若同時(shí)具有兩種光圈驅動(dòng)方式，則具體將該接口定義為VD還是DD驅動(dòng)方式，須由另外的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)選擇（如JETCOM公司的JC系列攝像機），也有的由攝像機蓋板內視頻處理板上不同的插座位置來(lái)選擇，并在出廠(chǎng)前設定一種方式（如NATURE的NV-434CA攝像機），還有的干脆在攝像機機身側面及后面板上直接設定兩個(gè)不同的自動(dòng)光圈接口（如JVC的TX-S240E攝像機）。（1） （2） （3）（1）陰式方四孔型（2）陰式圓四孔型（3）接線(xiàn)端子型圖2-1攝像機的自動(dòng)光圈接口 B、電子快門(mén)電子快門(mén)（Electronic Shutter）是比照照相機的機械快門(mén)功能提出一個(gè)術(shù)語(yǔ)，它相當于控制CCD圖像傳感器的感光時(shí)間。由于CCD感光的實(shí)質(zhì)是信號電荷的積累，則感光時(shí)間越長(cháng)，信號電荷的積累時(shí)間就越長(cháng)，輸出信號電流的幅值也就越大。通過(guò)調整光生信號電荷的積累時(shí)間（即調整時(shí)鐘脈沖的寬度），即可實(shí)現控制CCD感光時(shí)間的功能。 C、自動(dòng)增益控制攝像機輸出的視頻信號必須達到電視傳輸規定的標準電平，即。為了能在不同的景物照度條件下都能輸出的標準視頻信號，必須使放大器的增益能夠在較大的范圍內進(jìn)行調節。這種增益調節通常都是通過(guò)檢測視頻信號的平均電平而自動(dòng)完成的，實(shí)現此功能的電路稱(chēng)為自動(dòng)增益控制電路，簡(jiǎn)稱(chēng)AGC電路。具有AGC功能的攝像機，在低照度時(shí)的靈敏度會(huì )有所提高，但此時(shí)的噪點(diǎn)也會(huì )比較明顯。這是由于信號和噪聲被同時(shí)放大的緣故。 D、背光補償 背光補償（Back – light Compensation）也稱(chēng)作逆光補償或逆光補正，它可以有效補償攝像機在逆光環(huán)境下拍攝時(shí)畫(huà)面主體黑暗的缺陷。當引入背光補償功能時(shí)，攝像機僅對整個(gè)視場(chǎng)的一個(gè)子區域（如從第80行 ~ 200行的中心區域）進(jìn)行檢測，通過(guò)求此區域的平均信號電平來(lái)確定AGC電路的工作點(diǎn)。由于子區域的平均電平很低，AGC放大器會(huì )有較高的增益，使輸出視頻信號的幅值提高，從而使監視器上的主體畫(huà)面明朗。此時(shí)的背景畫(huà)面會(huì )更加明亮，但其與主體畫(huà)面的主觀(guān)亮度差會(huì )大大降低，整個(gè)視場(chǎng)的可視性得到改善。 E、 線(xiàn)鎖定同步 線(xiàn)鎖定同步（LINE LOCK）是一種利用交流電源來(lái)鎖定攝像機場(chǎng)同步脈沖的一種同步方式。當圖像出現因交流電源造成的網(wǎng)波干擾時(shí)，將此開(kāi)關(guān)撥到線(xiàn)鎖定同步（LL）的位置，就可消除交流電源的干擾。 2. 1. 3 攝像機的使用攝像機的使用很簡(jiǎn)單，通常只要正確安裝鏡頭、連通信號電纜，接通電源即可工作。但在實(shí)際使用中，如果不能正確地安裝鏡頭并調整攝像機及鏡頭的狀態(tài)，則可能達不到預期使用效果。以下簡(jiǎn)要介紹攝像機的正確使用方法。 A、安裝鏡頭攝像機必須配接鏡頭才可使用，一般應根據應用現場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)選配合適的鏡頭，如定焦鏡頭或變焦鏡頭、手動(dòng)光圈鏡頭或自動(dòng)光圈鏡頭、標準鏡頭或廣角鏡頭或長(cháng)焦鏡頭等。另外還應注意鏡頭與攝像機的接口，是C型接口還是CS型接口（這一點(diǎn)要切記，否則用C型鏡頭直接往CS接口攝像機上旋入時(shí)極有可能損壞攝像機的CCD芯片）。安裝鏡頭時(shí)，首先去掉攝像機及鏡頭的保護蓋，然后將鏡頭輕輕旋入攝像機的鏡頭接口并使之到位。對于自動(dòng)光圈鏡頭，還應將鏡頭的控制線(xiàn)連接到攝像機的自動(dòng)光圈接口上，對于電動(dòng)兩可變鏡頭或三可變鏡頭，只要旋轉鏡頭到位，則暫時(shí)不需校正其平衡狀態(tài)（只有在后焦聚調整完畢后才需要最后校正其平衡狀態(tài)）。 B、調整鏡頭光圈與對焦關(guān)閉攝像機上電子快門(mén)及逆光補償等開(kāi)關(guān)，將攝像機對準欲監視的場(chǎng)景，調整鏡頭的光圈與對焦環(huán)，使監視器上的圖像最佳。如果是在光照度變化比較大的場(chǎng)合使用攝像機，最好配接自動(dòng)光圈鏡頭并作攝像機的電子快門(mén)開(kāi)關(guān)置于OFF。如果選用了手動(dòng)光圈則應將攝像機的電子快門(mén)開(kāi)關(guān)置于ON，并在應用現場(chǎng)最為明亮（環(huán)境光照度最大）時(shí)，將鏡頭光圈盡可能開(kāi)大并仍使圖像為最佳（不能使圖像過(guò)于發(fā)白而過(guò)載），鏡頭即調整完畢。裝好防護罩并上好支架即可。由于光圈較大，景深范圍相對較小，對焦距時(shí)應盡可能照顧到整個(gè)監視現場(chǎng)的清晰度。當現場(chǎng)照度降低時(shí)，電子快門(mén)將自動(dòng)調整為慢速，配合較大的光圈，仍可使圖像滿(mǎn)意。在以上調整過(guò)程中，若不注意在光線(xiàn)明亮時(shí)將鏡頭的光圈盡可能開(kāi)大，而是關(guān)得比較小，則攝像機的電子快門(mén)會(huì )自動(dòng)調在低速上，因此仍可以在監視器上形成較好的圖像；但當光線(xiàn)變暗時(shí)，由于鏡頭的光圈比較小，而電子快門(mén)也已經(jīng)處于最慢（1/50s）了，此時(shí)的成像就可能是昏暗一片了。 C、后焦距的調整后焦距也稱(chēng)背焦距，指的是當安裝上標準鏡頭（標準C/CS接口鏡頭）時(shí)，能使被攝景物的成像恰好成在CCD圖像傳感器的靶面上，一般攝像機在出廠(chǎng)時(shí)，對后焦距都做了適當的調整，因此，在配接定焦鏡頭的應用場(chǎng)合，一般都不需要調整攝像機的后焦。在有些應用場(chǎng)合，可能出現當鏡頭對焦環(huán)調整到極限位置時(shí)仍不能使圖像清晰，此時(shí)首先必須確認鏡頭的接口是否正確。如果確認無(wú)誤，就需要對攝像機的后焦距進(jìn)行調整。根據經(jīng)驗，在絕大多數攝像機配接電動(dòng)變焦鏡頭的應用場(chǎng)合，往往都需要對攝像機的后焦距進(jìn)行調整。后焦距調整的步驟如下： a、將鏡頭正確安裝到攝像機上。 b、將鏡頭光圈盡可能開(kāi)到最大（目的是縮小景深范圍，以準確找到成像焦點(diǎn)）。 c、通過(guò)變焦距調整（Zoom In）將鏡頭推至望遠（Tele）狀態(tài)，拍攝10m以外的一個(gè)物體的特寫(xiě)，再通過(guò)調整聚焦（Focus）將特寫(xiě)圖像調清晰。 d、進(jìn)行與上一步相反的變焦距調整（Zoom Out）將鏡頭拉回至廣角（Wide）狀態(tài)，此時(shí)畫(huà)面變?yōu)榘鲜鎏貙?xiě)物體的全景圖像，但此時(shí)不能再作聚焦調整（注意：如果此時(shí)的圖像變模糊也不能調整聚焦），而是準備下一步的后焦調整。 e、將攝像機前端用于固定后焦調節環(huán)的內六角螺釘旋松，并旋轉后焦調節環(huán)（對沒(méi)有后焦調節環(huán)的攝像機則直接旋轉鏡頭而帶動(dòng)其內置的后焦環(huán)），直至畫(huà)面最清晰為止，然后暫時(shí)旋緊內六角螺釘。 f、重新推鏡頭到望遠狀態(tài)，看看剛才拍攝的特寫(xiě)物體是否仍然清晰，如不清晰再重復上述第a、b、c步驟。 g、通常只需一兩個(gè)回合就可完成后焦距調整了。 h、旋緊內六角螺釘，將光圈調整到適當的位置。 2. 2 鏡頭鏡頭是電視監控系統中必不可少的部件，鏡頭與CCD攝像機配合，可以將遠距離目標成像在攝像機的CCD靶面上。鏡頭的種類(lèi)繁多，從焦距上分類(lèi)，可分為短焦距、中焦距、和焦距和變焦距鏡頭；從視場(chǎng)的大小分類(lèi)，可分為廣角、標準、遠攝鏡頭；從結構上分類(lèi)，還可分為固定光圈定焦鏡頭、手動(dòng)光圈定焦鏡頭、自動(dòng)光圈定焦鏡頭、手動(dòng)變焦鏡頭、自動(dòng)光圈電動(dòng)變焦鏡頭、電動(dòng)三可變鏡頭（指光圈、焦距、聚焦這三者均可變）等類(lèi)型。由于鏡頭選擇得合適與否，直接關(guān)系到攝像質(zhì)量的優(yōu)劣，因此，在實(shí)際應用中必須合理選擇鏡頭。 2. 2. 1 鏡頭的參數鏡頭的光學(xué)特性包括成像尺寸、焦距、相對孔徑和視場(chǎng)角等幾個(gè)參數，一般在鏡頭所附的說(shuō)明書(shū)中都有注明，以下分別介紹。 A、成像尺寸鏡頭一般可分為25. 4mm（lin）、16. 9mm（2/3in）、12. 7mm（1/2in）、8.47mm（1/3in）和6.35mm（1/4in）等幾種規格，它們分別對應著(zhù)不同的成像尺寸，選用鏡頭時(shí)，應使鏡頭的成像尺寸與攝像機的靶面尺寸大小相吻合。表2-1列出了幾種常見(jiàn)CCD芯片的靶面尺寸，表中單位為mm。標稱(chēng)芯片尺寸 CCD感光靶面尺寸 25. 4 1＇＇ 16. 9 2/3＇＇ 12. 7 1/2＇＇ 8. 47 1/3＇＇ 6. 35 1/4＇＇對角線(xiàn) 16 11 8 6 4. 5 垂直 9. 6 6. 6 4. 8 3. 6 2. 7 水平 12. 7 8. 8 6. 4 4. 8 3. 6 表2-1 幾種常見(jiàn)CCD芯片的靶面尺寸由表2-1可知，12. 7mm（1/2in）的鏡頭應配12. 7mm（1/2in）靶面的攝像機，當鏡頭的成像尺寸比攝像機靶面的尺寸大時(shí)，不會(huì )影響成像，但實(shí)際成像的視場(chǎng)角要比該鏡頭的標稱(chēng)視場(chǎng)角?。▍⒁?jiàn)圖2-2），而當鏡頭的成像尺寸比攝像機靶面的尺寸小時(shí)，就會(huì )影響成像，表現為成像的畫(huà)面四周被鏡筒遮擋，在畫(huà)面的4個(gè)角上出現黑角（參見(jiàn)圖2-2）。 (1) (2) (1)鏡頭成像尺寸比CCD靶面尺寸大 (2)鏡頭成像尺寸比CCD靶面尺寸小圖2-2 鏡頭成像尺寸與CCD靶面尺寸的關(guān)系 B、焦距在實(shí)際應用中，經(jīng)常會(huì )有用戶(hù)提出該攝像機能看清多么遠的物體或該攝像機能看清多么寬的場(chǎng)景等問(wèn)題，這實(shí)際上由所選用的鏡頭的焦距來(lái)決定，因為焦距決定了攝取圖像的大小，用不同焦距的鏡頭對同一位置的某物體攝像時(shí)，配長(cháng)焦距鏡頭的攝像機所攝取的景物尺寸就大，反之，配短焦距鏡頭的攝像機所攝取的景物尺寸就小。當然，被攝物體成像的清晰度還與所選用的CCD攝像機的分辨率及監視器的分辨率有關(guān)。理論上，任何一種鏡頭均可拍攝很遠的物體，并在CCD靶面上成一很小的像，但受CCD單元（像素）物理尺寸的限制，當成像小到小于CCD傳感器的一個(gè)像素大小時(shí)，便不再能形成被攝物體的像，即使成像有幾個(gè)像素大小，該像也難以辨識為何物。當已知被攝物體的大小及該物體到鏡頭距離，則可根據下兩式估算所選取配鏡頭的焦距： f=hD/H f=vD/V 式中，D為鏡頭中心到被攝物體的距離；H和V分別為被攝物體的水平尺寸和垂直尺寸；v為靶面成像的高度；h為靶面成像的水平寬度。成像場(chǎng)景的大小與成像物體的顯示尺寸是互相矛盾的，舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，用同一支攝像機對同一個(gè)停車(chē)場(chǎng)進(jìn)行監視，選用短焦距鏡頭可以對整個(gè)停車(chē)場(chǎng)的全景進(jìn)行監視并看到出入口外的車(chē)輛進(jìn)出，但卻不能看清該輛車(chē)的牌照號碼（該車(chē)在監視器屏幕上僅占據了很小的面積）；而選用長(cháng)焦距鏡頭雖可以看清該輛車(chē)的牌照號碼（該車(chē)占據了屏幕上的大部分面積），卻又不能監視到整個(gè)停車(chē)場(chǎng)的全貌。因此當需要既監視全景以要看清局部時(shí)，一般應考慮配用電動(dòng)兩可變或電動(dòng)三可變鏡頭。當然，在選定了鏡頭的前提下，選用高分辨率的攝像機及監視器則可以在被監視物體成像尺寸較小時(shí)也能看清局部細節。 C、相對孔徑為了控制通過(guò)鏡頭的光通量大小，在鏡頭的后部均設置了光闌（俗稱(chēng)光圈）。假定光闌的有效孔徑為d，由于光線(xiàn)折射的關(guān)系，鏡頭實(shí)際的有效孔徑為D，D與焦距f之比定義為相對孔徑A，即 A=D/f 鏡頭的相對孔徑?jīng)Q定于被攝像的照度，像的照度E與鏡頭的相對孔徑平方成正比，一般習慣上用相對孔徑的倒數來(lái)表示鏡頭光闌的大小，即 F=f/D 式中，F一般稱(chēng)為光欄F數，標注在鏡頭光欄調整圈上，其標值為1. 4、2、2. 8、4、5. 6、8、11、16、22等序列值，每?jì)蓚€(gè)相鄰數值中，后一個(gè)數值是前一個(gè)數值的倍。由于像面照度與光欄的平方成正比，所以光欄每變化一檔，像面亮度就變化一倍。F值越小，光欄越大，到達攝像機靶面的光通量就越大。 D、視場(chǎng)角鏡頭有一個(gè)確定的視野，鏡頭對這個(gè)視野的高度和寬度的張角稱(chēng)為視場(chǎng)角。視場(chǎng)角與鏡頭的焦距f及攝像機靶面尺寸（水平尺寸h及垂直尺寸v）的大小有關(guān)，鏡頭的水平視場(chǎng)角ah及垂直視場(chǎng)角av可分別由下式來(lái)計算，即 ah=2arctg（h/2f） av=2arctg（v/2f）由以上兩式可知，鏡頭的焦距f越短，其視場(chǎng)角越大，或者，攝像機靶面尺寸h或v越大，其視場(chǎng)角也越大。如果所選擇的鏡頭的視場(chǎng)角太小，可能會(huì )因出現監視死角而漏監；而若所選擇的鏡頭的視場(chǎng)角太大，又可能造成被監視的主體畫(huà)面尺寸太小，難以辨認，且畫(huà)面邊緣出現畸變。因此，只有根據具體的應用環(huán)境選擇視場(chǎng)角合適的鏡頭，才能保證既不出現監視死角，又能使被監視的主體畫(huà)面盡可能大而清晰。表2-2列出了幾種常用鏡頭的水平視場(chǎng)角，表中的參數是以日本精工系列鏡頭為參考給出的。焦距/mm 鏡頭尺寸/in 2. 8 3. 5 4. 0 4. 8 6. 0 8. 0 12. 0 16. 0 25. 0 1/3 86. 3 67. 4 62. 0 52. 2 42. 3 32. 6 22. 1 17. 1 10. 6 1/2 94. 6 69. 4 57. 1 42. 6 29.7 22. 6 14. 2 2/3 59. 2 30. 8 19. 4 1 27. 8    專(zhuān)業(yè)安裝監控，光纖熔接，手機：13612887939     QQ:675459030