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、手動或電動鏡頭、雲臺、防護罩、監聽器、報警探測器和多功能解碼器等部件組成，它們各司其職，並通過有線、無線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繫（傳輸視/音頻信號及控制、報警信號）。在實際的電視監控系統中，這些前端設備不一定同時使用，但實現監控現場圖像採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圖像的前端設備，它以面陣CCD圖像傳感器爲核心部件，外加同步信號產生電路、視頻信號處理電路及電源等。近年來，新型的低成本MOS圖像傳感器有了較快速的發展，基於MOS圖像傳感器的攝像機已開始被應用於對圖像質量要求不高的可視電話或會議電視系統中。由於MOS圖像傳感器的分辨率和低照度等到主要指標暫時還比不上CCD圖像傳感器，因此，在電視監控系統中使用攝像機仍爲CCD攝像機。攝像機具有黑白和彩色之分，由於黑白攝像機具有高分辨率、低照度等優點，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佔有率。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），因此在實際應用中，應根據監控現場的實際環境及用戶要求，爲攝像機配合適的鏡頭（詳見本章第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格和今後服務等因素。以下對攝像機的幾個主要參數作一介紹。 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尺寸，早期的CCD尺寸比較大，爲lin、2/3in和1/2in等幾種，因而近年來用於電視監控攝像機的CCD尺寸以1/3in爲主流。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30萬像素。對於一定尺寸的CCD芯片，像素數越多則意味着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48萬像素。 B、分辨率分辨率是衡量攝像機優劣的一個重要參數，它指的是當攝像機攝取等間隔排列的黑白相間條紋時，在監視器（應比攝像機的分辨率高）上能夠看到的最多線數。當超過這一線數時，屏幕上就只能看到灰濛濛的一片而不能再辨出黑白相間的線條。工業監視用攝像機的分辨率通常在380~460線之間，廣播級攝像機的分辨率則可達到700線左右。 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的景物光亮度值。測定此參數時，還應特別註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，攝像機輸出的視頻信號幅值爲最大幅值的50%，即達到350mV（標準視頻信號最大幅起來 700mV），則稱此攝像機的最低照度爲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、信噪比及伽瑪校正係數信噪比也是攝像機的一個主要參數。其基本定義是信號對於噪聲的比值乘以20log，一般攝像機給出的信噪比值均是在AGC（自動增益控制）關閉時的值，因爲當AGC接通時，會對小信號進行提升，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爲45~55dB。測量信噪比參數時，應使用視頻雜波測量儀直接連接於攝像機的視頻輸出端子上。伽瑪校正係數前面提到的γ值，其典型值爲γ=0. 45。現行攝像機大都採用了固定的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，如自動光圈接口、電子快門、自動增益控制、逆光補償、線鎖定同步及外同步等，下面簡要介紹一下。 A、電動光圈接口目前在市場上見到的標準CCD攝像機大都帶有驅動自動光圈鏡頭的接口，其中有些只提供一種驅動方式（通常爲視頻驅動方式），也就是說，它只能配接VD型的自動光圈鏡頭，有些則可同時提供兩種驅動方式（視頻驅動和直流驅動）供用戶選擇，因此，它可以配接任何自動光圈鏡頭。這裏，視頻驅動（Video Driver，簡稱VD）方式是指攝像機將視頻信號電平輸出到自動光圈鏡頭的內部，再由其內部的驅動電路輸出控制電壓，使鏡頭光圈調整電動機轉動；直流驅動（DC Driver，簡稱DD）方式則是指攝像機內部增加了鏡頭光圈電動機的驅動電路，可以直接輸出直流控制電壓到鏡頭內的光圈電動機並使其轉動，因此，具有直流驅動接口的攝像機的成本就稍許高一些（因爲增加了一部分電路），但所選配的自動光圈鏡頭則因其內部不含有驅動電路而體積稍小一些，價格也就低一些。不同品牌及型號的攝像機所帶自動光圈接口的位置及形式是不完全一樣。一般攝像機的自動光圈接口設置在機身的後面板上，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光圈的接口，其中陰式方四孔接口最爲常見，但不同攝像機對其各針腳的定義又不完全相同。一般視頻驅動自動光圈接口使用3個針，即電源、視頻、接地；而直流驅動自動光圈接口使用4個針，即阻尼正、阻尼負、驅動正、驅動負。若同時具有兩種光圈驅動方式，則具體將該接口定義爲VD還是DD驅動方式，須由另外的撥動開關來選擇（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選擇，並在出廠前設定一種方式（如NATURE的NV-434CA攝像機），還有的乾脆在攝像機機身側面及後面板上直接設定兩個不同的自動光圈接口（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）接線端子型圖2-1攝像機的自動光圈接口 B、電子快門電子快門（Electronic Shutter）是比照照相機的機械快門功能提出一個術語，它相當於控制CCD圖像傳感器的感光時間。由於CCD感光的實質是信號電荷的積累，則感光時間越長，信號電荷的積累時間就越長，輸出信號電流的幅值也就越大。通過調整光生信號電荷的積累時間（即調整時鐘脈衝的寬度），即可實現控制CCD感光時間的功能。 C、自動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。爲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範圍內進行調節。這種增益調節通常都是通過檢測視頻信號的平均電平而自動完成的，實現此功能的電路稱爲自動增益控制電路，簡稱AGC電路。具有AGC功能的攝像機，在低照度時的靈敏度會有所提高，但此時的噪點也會比較明顯。這是由於信號和噪聲被同時放大的緣故。 D、背光補償 背光補償（Back – light Compensation）也稱作逆光補償或逆光補正，它可以有效補償攝像機在逆光環境下拍攝時畫面主體黑暗的缺陷。當引入背光補償功能時，攝像機僅對整個視場的一個子區域（如從第80行 ~ 200行的中心區域）進行檢測，通過求此區域的平均信號電平來確定AGC電路的工作點。由於子區域的平均電平很低，AGC放大器會有較高的增益，使輸出視頻信號的幅值提高，從而使監視器上的主體畫面明朗。此時的背景畫面會更加明亮，但其與主體畫面的主觀亮度差會大大降低，整個視場的可視性得到改善。 E、 線鎖定同步 線鎖定同步（LINE LOCK）是一種利用交流電源來鎖定攝像機場同步脈衝的一種同步方式。當圖像出現因交流電源造成的網波干擾時，將此開關撥到線鎖定同步（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。但在實際使用中，如果不能正確地安裝鏡頭並調整攝像機及鏡頭的狀態，則可能達不到預期使用效果。以下簡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纔可使用，一般應根據應用現場的實際情況來選配合適的鏡頭，如定焦鏡頭或變焦鏡頭、手動光圈鏡頭或自動光圈鏡頭、標準鏡頭或廣角鏡頭或長焦鏡頭等。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（這一點要切記，否則用C型鏡頭直接往CS接口攝像機上旋入時極有可能損壞攝像機的CCD芯片）。安裝鏡頭時，首先去掉攝像機及鏡頭的保護蓋，然後將鏡頭輕輕旋入攝像機的鏡頭接口並使之到位。對於自動光圈鏡頭，還應將鏡頭的控制線連接到攝像機的自動光圈接口上，對於電動兩可變鏡頭或三可變鏡頭，只要旋轉鏡頭到位，則暫時不需校正其平衡狀態（只有在後焦聚調整完畢後才需要最後校正其平衡狀態）。 B、調整鏡頭光圈與對焦關閉攝像機上電子快門及逆光補償等開關，將攝像機對準欲監視的場景，調整鏡頭的光圈與對焦環，使監視器上的圖像最佳。如果是在光照度變化比較大的場合使用攝像機，最好配接自動光圈鏡頭並作攝像機的電子快門開關置於OFF。如果選用了手動光圈則應將攝像機的電子快門開關置於ON，並在應用現場最爲明亮（環境光照度最大）時，將鏡頭光圈儘可能開大並仍使圖像爲最佳（不能使圖像過於發白而過載），鏡頭即調整完畢。裝好防護罩並上好支架即可。由於光圈較大，景深範圍相對較小，對焦距時應儘可能照顧到整個監視現場的清晰度。當現場照度降低時，電子快門將自動調整爲慢速，配合較大的光圈，仍可使圖像滿意。在以上調整過程中，若不注意在光線明亮時將鏡頭的光圈儘可能開大，而是關得比較小，則攝像機的電子快門會自動調在低速上，因此仍可以在監視器上形成較好的圖像；但當光線變暗時，由於鏡頭的光圈比較小，而電子快門也已經處於最慢（1/50s）了，此時的成像就可能是昏暗一片了。 C、後焦距的調整後焦距也稱背焦距，指的是當安裝上標準鏡頭（標準C/CS接口鏡頭）時，能使被攝景物的成像恰好成在CCD圖像傳感器的靶面上，一般攝像機在出廠時，對後焦距都做了適當的調整，因此，在配接定焦鏡頭的應用場合，一般都不需要調整攝像機的後焦。在有些應用場合，可能出現當鏡頭對焦環調整到極限位置時仍不能使圖像清晰，此時首先必須確認鏡頭的接口是否正確。如果確認無誤，就需要對攝像機的後焦距進行調整。根據經驗，在絕大多數攝像機配接電動變焦鏡頭的應用場合，往往都需要對攝像機的後焦距進行調整。後焦距調整的步驟如下： a、將鏡頭正確安裝到攝像機上。 b、將鏡頭光圈儘可能開到最大（目的是縮小景深範圍，以準確找到成像焦點）。 c、通過變焦距調整（Zoom In）將鏡頭推至望遠（Tele）狀態，拍攝10m以外的一個物體的特寫，再通過調整聚焦（Focus）將特寫圖像調清晰。 d、進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，此時畫面變爲包含上述特寫物體的全景圖像，但此時不能再作聚焦調整（注意：如果此時的圖像變模糊也不能調整聚焦），而是準備下一步的後焦調整。 e、將攝像機前端用於固定後焦調節環的內六角螺釘旋鬆，並旋轉後焦調節環（對沒有後焦調節環的攝像機則直接旋轉鏡頭而帶動其內置的後焦環），直至畫面最清晰爲止，然後暫時旋緊內六角螺釘。 f、重新推鏡頭到望遠狀態，看看剛纔拍攝的特寫物體是否仍然清晰，如不清晰再重複上述第a、b、c步驟。 g、通常只需一兩個回合就可完成後焦距調整了。 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。鏡頭的種類繁多，從焦距上分類，可分爲短焦距、中焦距、和焦距和變焦距鏡頭；從視場的大小分類，可分爲廣角、標準、遠攝鏡頭；從結構上分類，還可分爲固定光圈定焦鏡頭、手動光圈定焦鏡頭、自動光圈定焦鏡頭、手動變焦鏡頭、自動光圈電動變焦鏡頭、電動三可變鏡頭（指光圈、焦距、聚焦這三者均可變）等類型。由於鏡頭選擇得合適與否，直接關係到攝像質量的優劣，因此，在實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特性包括成像尺寸、焦距、相對孔徑和視場角等幾個參數，一般在鏡頭所附的說明書中都有註明，以下分別介紹。 A、成像尺寸鏡頭一般可分爲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，它們分別對應着不同的成像尺寸，選用鏡頭時，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CCD芯片的靶面尺寸，表中單位爲mm。標稱芯片尺寸 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 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，不會影響成像，但實際成像的視場角要比該鏡頭的標稱視場角小（參見圖2-2），而當鏡頭的成像尺寸比攝像機靶面的尺寸小時，就會影響成像，表現爲成像的畫面四周被鏡筒遮擋，在畫面的4個角上出現黑角（參見圖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靶面尺寸的關係 B、焦距在實際應用中，經常會有用戶提出該攝像機能看清多麼遠的物體或該攝像機能看清多麼寬的場景等問題，這實際上由所選用的鏡頭的焦距來決定，因爲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，配長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。理論上，任何一種鏡頭均可拍攝很遠的物體，並在CCD靶面上成一很小的像，但受CCD單元（像素）物理尺寸的限制，當成像小到小於CCD傳感器的一個像素大小時，便不再能形成被攝物體的像，即使成像有幾個像素大小，該像也難以辨識爲何物。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爲鏡頭中心到被攝物體的距離；H和V分別爲被攝物體的水平尺寸和垂直尺寸；v爲靶面成像的高度；h爲靶面成像的水平寬度。成像場景的大小與成像物體的顯示尺寸是互相矛盾的，舉個例子來說，用同一支攝像機對同一個停車場進行監視，選用短焦距鏡頭可以對整個停車場的全景進行監視並看到出入口外的車輛進出，但卻不能看清該輛車的牌照號碼（該車在監視器屏幕上僅佔據了很小的面積）；而選用長焦距鏡頭雖可以看清該輛車的牌照號碼（該車佔據了屏幕上的大部分面積），卻又不能監視到整個停車場的全貌。因此當需要既監視全景以要看清局部時，一般應考慮配用電動兩可變或電動三可變鏡頭。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也能看清局部細節。 C、相對孔徑爲了控制通過鏡頭的光通量大小，在鏡頭的後部均設置了光闌（俗稱光圈）。假定光闌的有效孔徑爲d，由於光線折射的關係，鏡頭實際的有效孔徑爲D，D與焦距f之比定義爲相對孔徑A，即 A=D/f 鏡頭的相對孔徑決定於被攝像的照度，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表示鏡頭光闌的大小，即 F=f/D 式中，F一般稱爲光欄F數，標註在鏡頭光欄調整圈上，其標值爲1. 4、2、2. 8、4、5. 6、8、11、16、22等序列值，每兩個相鄰數值中，後一個數值是前一個數值的倍。由於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、視場角鏡頭有一個確定的視野，鏡頭對這個視野的高度和寬度的張角稱爲視場角。視場角與鏡頭的焦距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，鏡頭的水平視場角ah及垂直視場角av可分別由下式來計算，即 ah=2arctg（h/2f） av=2arctg（v/2f）由以上兩式可知，鏡頭的焦距f越短，其視場角越大，或者，攝像機靶面尺寸h或v越大，其視場角也越大。如果所選擇的鏡頭的視場角太小，可能會因出現監視死角而漏監；而若所選擇的鏡頭的視場角太大，又可能造成被監視的主體畫面尺寸太小，難以辨認，且畫面邊緣出現畸變。因此，只有根據具體的應用環境選擇視場角合適的鏡頭，才能保證既不出現監視死角，又能使被監視的主體畫面儘可能大而清晰。表2-2列出了幾種常用鏡頭的水平視場角，表中的參數是以日本精工系列鏡頭爲參考給出的。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    專業安裝監控，光纖熔接，手機：[phone]     QQ:675459030