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文档简介
闭路电视监控系统技术及产品教材(第一版),第一部分 闭路电视监控系统(CCTV)技术,一、监控系统概述,1、安全防范-闭路电视监控,做好准备和保护,以应付攻击或者避免受害,从而使被保护对象处于没有危险、不受侵害、不出现事故的安全状态。显而易见,安全是目的,防范是手段,通过防范的手段达到或实现安全的目的,就是安全防范的基本内涵。安全防范技术通常分为三类:物理技术防范(Physical Protection)、电子防范技术(Electronic Protection)、生物统计学防范技术(Biometric Protection)。电子防范技术主要是指应用于安全防范的电子、通信、计算机与信息处理及其相关技术,闭路电视监控系统就是其中之一。,闭路电视监控系统是安全技术防范体系中的一个重要组成部分,是一种先进的、防范能力极强的综合系统,它可以通过遥控摄像机及其辅助设备(镜头、云台等)直接观看被监视场所的一切情况,可以把被监视场所的情况一目了然。同时,电视监控系统还可以与防盗报警系统等其它安全技术防范体系联动运行,使其防范能力更加强大。 闭路监控系统能在人们无法直接观察的场合,却能实时、形象、真实地反映被监视控制对象的画面,并已成为人们在现代化管理中监控的一种极为有效的观察工具。由于它具有只需一人在控制中心操作就可观察许多区域,甚至远距离区域的独特功能,被认为是保安工作之必须手段。,闭路电视监控理论架构,闭路电视监控理论架构可分为:,表现层,如监控电视墙、监视器等,控制层,控制层是整个安防监控系统的核心,它是系统科技水平的最明确体现。通常我们的控制方式有两种模拟控制和数字控制。模拟控制是早期的控制方式,其控制台通常由控制器或者模拟控制矩阵构成,适用于小型局部安防监控系统,这种控制方式成本较低,故障率较小。但对于中大型安防监控系统而言,这种方式就显得操作复杂且无任何价格优势了,这时我们更为明智的选择应该是数字控制。数字控制是将工控计算机作为监控系统的控制核心,它将复杂的模拟控制操作变为简单的鼠标点击操作,将巨大的模拟控制器堆叠缩小为一个工控计算机,将复杂而数量庞大的控制电缆变为一根串行电话线。它将中远程监控变为事实、为Internet远程监控提供可能。但数字控制也不是那么十全十美,控制主机的价格十分昂贵、模块浪费的情况、系统可能出现全线崩溃的危机、控制较为滞后等等问题仍然存在。,处理层,处理层或许该称为音视频处理层,它将有传输层送过来的音视频信号加以分配、放大、分割等等处理,有机的将表现层与控制层加以连接。音视频分配器、音视频放大器、视频分割器、音视频切换器等等设备都属于这一层。,传输层,传输层相当于安防监控系统的血脉。在小型安防监控系统中,我们最常见的传输层设备是视频线、音频线,对于中远程监控系统而言,我们常使用的是射频线、微波,对于远程监控而言,我们通常使用Internet这一廉价载体。值得一提的是,新出现的传输层介质网线/光纤。大多数人在数字安防监控上存在一个误区,他们认为控制层使用的数字控制的安防监控系统就是数字安防监控系统了,其实不然。纯数字安防监控系统的传输介质一定是网线或光纤。信号从采集层出来时,就已经调制成数字信号了,数字信号在目前已趋成熟的网络上跑,理论上是无衰减的,这就保证远程监控图像的无损失显示,这是模拟传输无法比拟的。当然,高性能的回报也需要高成本的投入,这是纯数字安防监控系统无法普及最重要的原因之一。,执行层,执行层是我们控制指令的命令对象,在某些时候,它和我们后面所说的支撑诚、采集层不太好截然分开,我们认为受控对象即为执行层设备。比如:云台、镜头、解码器、球等等。,支撑层,顾名思义,支撑层是用于后端设备的支撑,保护和支撑采集层、执行层设备。它包括支架、防护罩等等辅助设备。,采集层,采集层是整个安防监控系统品质好坏的关键因素,也是系统成本开销最大的地方。它包括镜头、摄像机、报警传感器等等。,这种对系统的划分方式,是一种条理清晰的理论指导纲领。并且,他从理论上做了统一,为后期的系统软件和硬件开发提供了标准,从而使各个层次之间的软件或设备能够很好的衔接,为系统研发人员提供便利。,闭路电视监控系统构成,前端设备、后端设备和传输系统。,前端设备,负责信号的采集,例如摄像机、镜头、防护罩、球形一体化机、解码器、支架,传输系统,后端设备,视频信号一般以基带频率的形式传输,最常用的传输介质是同轴电缆,后端设备的作用是对前端已采集到的信号进行处理。包括视频信号的切换、显示和记录等主要功能。如控制键盘、电视墙、矩阵控制主机、控制台、多画面处理器和录像机等。,3、闭路电视监控系统设备,(1)前端设备,图像采集设备-摄像机,摄像机就是将场景中的物体所反射(或者辐射)的光线通过光电感应设备转换为电信号以备处理的设备。,外壳、镜头、CCD感光元件、基本电路板(含Q9头)、电源模块,A、摄像机的工作原理,被摄物体的图像经过镜头聚焦至CCD芯片上,CCD根据光的强弱积累相应比例的电荷,各个像素积累的电荷在视频时序的控制下,逐点外移,经滤波、放大处理后,形成视频信号输出。视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到与原始图像相同的视频图像。,什么是CCD?,CCD,英文全称:Charge-coupled Device,中文全称:电荷耦合元件。可以称为CCD图像传感器。,CCD的参数,尺寸:就是CCD对角线长度。常见的有1/2、1/3 1/4,单位“英寸”。一般情况下可认为CCD 的尺寸越大,则成像效果越好。,需要澄清的一个概念:,这里所说的“英寸”是一个通俗概念,并非 1英寸=25.4mm,是一个“比例”。,业界通用的规范就是 1英寸 CCD Size = 长 12.8mm X 宽 9.6mm = 对角线为 16mm 之对应面积。,根据勾股定理,可得出CCD长、宽及对角线的比例为4:3:5,例如: 1/2“ CCD Size 的对角线就是 “1”的一半为8mm,1/4“ 就是 “1”的1/4,对角线长度即为 4mm,品牌:索尼、飞利浦、柯达、松下、LG、富士和夏普家厂商可以批量生产, 而其中最主要的供商应是索尼,飞利浦和柯达,其中,在各厂商市占有率 方面,索尼以50的市占率,成为市场领导厂商 。,区别:,SHARP,SONY,Panasonic,LG,镜头,镜头是集聚光线,使CCD能获得清晰影像的结构。,镜头的种类: 广角镜头:视角90度以上,观察范围较大,近 处图像有变形。 标准镜头:视角30度左右,使用范围较广。 长焦镜头:视角20度以内,焦距可达几十毫米或上百毫米。 变焦镜头:镜头焦距连续可变,焦距可以从广角变到长焦,焦 距越长成像越大。 针孔镜头:用于隐蔽观察,常被装在如天花板或墙壁等地方。 从结构上分类,还可分为固定光圈定焦镜头、手动光圈定焦镜头、自动光圈定焦镜头、手动变焦镜头、自动光圈电动变焦镜头、电动三可变镜头(指光圈、焦距、聚焦这三者均可变)等类型,什么是焦距?,焦距指镜头光学后主点到焦点的距离 。,什么是光圈?,光圈是一个用来控制光线透过镜头,进入机身内感光面的光量的装置,它通常是在镜头内。表达光圈大小我们是用f值。,光圈f值=镜头的焦距/镜头口径的直径,从以上的公式可知要达到相同的光圈f值,长焦距镜头的口径要比短焦距镜头的口径大。完整的光圈值系列如下:f1,f1.4,f2,f2.8,f4,f5.6,f8,f11,f16,f22,f32,f44,f64,什么是CS镜头?,以镜头安装分类所有的摄象机镜头均是螺纹口的,摄象机的镜头安装有两种工业标准,即安装座和安装座。两者螺纹部分相同,但两者从镜头到感光表面的距离不同。两种主要的镜头安装标准,分别是C-mount 和 CS-mount。他们都有一个1英寸长的螺纹并且看起来很相似。他们的不同在于镜头安装到摄像机后,镜头到传感器之间的距离: CS-mount: 图像传感器到镜头之间的距离应为12.5 mm C-mount: 图像传感器到镜头之间的距离应为17.5 mm。一个5 mm的垫圈(C/CS 连接环) 可用于将C-mount 镜头转换为CS-mount 镜头,处理电路,CCD电路,驱动感光元件CCD获取光信号,并将光信号输出到处理电路部分,微处理器及DSP处理,光信号转换成数字信号及对数字信号进行亮度,色度方面的处理,放大、AGC、模数转换,这一部分相当于CCD与DSP,CPU与DSP主处理电路之间的桥梁,接收CCD和CPU发送来的信号,并进行检测,放大,AGC的处理后转换成数字信号给DSP进行处理,DSP主芯片处理部分,其对色度信号及亮度信号的分开处理能使监视效果达到最佳状态,Y/C信号合成及视频 阻抗匹配电路,将色度信号及亮度信号合成,并通过75欧匹配电路保证输出的信号稳定,微处理器,外部控制信号输出给CPU处理:调节镜头的光圈值,以及通过调节可调电阻改变红色及蓝色信号的增益值,外部6个拨码开关的信号,数据存储器EEPROM,从微处理器获取信号并储存,外部控制部分,通过改变控制信号给CPU,使CPU输出信号给DSP图像处理电路,电源部分,整个摄像机工作的动力供应部分,输入的DC12V/AC24V通过电源部分的处理, 15V,7.0V,5V,3.3V,12VDC的电源,保证各部分的正常工作,电源电路,B、摄像机的分类,按性能分类:,普通摄像机:工作于室内正常照明或室外白天。 暗光摄像机:工作于室内无正常照明的环境里。 微光摄像机:工作于室外月光或星光下。 红外摄像机:工作于室内、外无照明的场所。,按功能分类:,视频报警摄像机:在监视范围内如有目标在移动时,就能向控制器发出报警信号。 广角摄像机:用于监视大范围的场所。 针孔振摄像机:用于隐蔽监视局部范围。,按环境分类:,室内摄像机:摄像机外部无防护装置,使用环境有要求。 室外摄像机:在摄像机外安装防护罩。内设降温风扇、遮阳罩、加热器、雨刷等。适 应室外温、湿度 等环境的变化。,按结构分类:,固定式摄像机:监视固定目标。 可旋转式:带旋转云台摄像机,可做上、下、左、右、旋转。 球形摄像机:可做360水平旋转,90垂直旋转,预置旋转位置。 半球形摄像机:吸顶安装,可做上、下、左、右旋转。,按色彩分类:,黑白摄像机:灵敏度和清晰度高,但不能显示图像颜色。 彩色摄像机:能显示图像颜色,灵敏度和清晰度在同种情况下比黑白摄像机低。,按分辨率分类:,黑白摄像机:灵敏度和清晰度高,但不能显示图像颜色。 (1)影像像素在25万像素(pixel)左右、彩色分辨率为330线、黑白分辨率420线左右的低档型。 影像像素在25万38万之间、彩色分辨率为420线、黑白分辨率在500线上下的中档型 影像在38万点以上、彩色分辨率大于或等于480线、黑白分辨率,570线以上的高分辨率。彩色摄像机:能显示图像颜色,灵敏度和清晰度在同种情况下比黑白摄像机低。,C、衡量摄像机性能的一些重要参数,视频制式,目前世界上现行的彩色电视制式有三种:NTSC 制、PAL 制和SECAM 制。这里不包括高清晰度彩色电视HDTV (High-Definition television)。,NTSC制式 National Television Systems Committee彩色电视制是1952 年美国国家电视标准委员会定 义的彩色电视广播标准,称为正交平衡调幅制。美国、加拿大等大部分西半球国家,以及日本、 韩国、菲律宾等国和中国的台湾采用这种制式。 525/行帧,30 帧/秒(29.97 fps, 33.37 ms/frame); 高宽比,电视画面的长宽比(电视为4:3;电影为3:2;高清晰度电视为16:9); 隔行扫描,一帧分成2 场(field),262.5 线/场 在每场的开始部分保留20 扫描线作为控制信息,因此只有485 条线的可视数据; 每行63.5 微秒,水平回扫时间10 微秒(包含5 微秒的水平同步脉冲),所以显示时间是53.5 微 秒; 颜色模型:YIQ。 一帧图像的总行数为525 行,分两场扫描。行扫描频率为15750 Hz,周期为63.5s;场扫描频 率是60 Hz,周期为16.67 ms;帧频是30 Hz,周期33.33ms。每一场的扫描行数为525/2=262.5 行。除了两场的场回扫外,实际传送图像的行数为480 行。,PAL制式 由于NTSC 制存在相位敏感造成彩色失真的缺点,因此德国于1962 年制定了PAL(Phase-Alternative Line)制彩色电视广播标准,称为逐行倒相正交平衡调幅制。德国、英国等一些西欧国家,以及中国、 朝鲜等国家采用这种制式。 625 行(扫描线)/帧,25 帧/秒(40 ms/帧); 长宽比(aspect ratio):4:3; 隔行扫描,2 场/帧,312.5 行/场; 颜色模型:YUV。,颜色空间 在彩色电视中,用Y、C1, C2 彩色表示法分别表示亮度信号和两个色差信号,C1,C2 的含义与具体的 应用有关。在NTSC 彩色电视制中,C1,C2 分别表示I、Q 两个色差信号;在PAL 彩色电视制中, C1,C2 分别表示U、V 两个色差信号;在CCIR 601 数字电视标准中,C1,C2 分别表示Cr,Cb 两个 色差信号。所谓色差是指基色信号中的三个分量信号(即R、G、B)与亮度信号之差。,现在,闭路电视监控系统采用的视频制式大多采用PAL或者NTSC,特别是在中国,绝大多数采用PAL制式,这些都是为了是系统具有更好的兼容性。需要注意的一点是,这些概念都是模拟系统中的。,分辨率,摄像机的分辨率是指当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时,在监视器(比摄像机的分辨率要高)上能够看到的最多线数,当超过这一线数时,屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片,而不再能分辨出黑白相间的线条。单位是TVL,可以对比的是,我们平时看到的普通有线电视是420TVL。,一般,摄像机的分辨率在镜头的分辨率与视频信号带宽(6MHz)保证的前提下,主要取决于图像传感器CCD的像素数.,分辨率分为水平分辨率和垂直分辨率,一般我们只关心水平分辨率。按照CCD的一些制造习惯,我们可以用CCD的水平像素数乘以0.75来计算水平分辨率。,测定摄像机分辨率的方法:,照度,照度是反映光照强度的一种单位,其物理意义是照射到单位面积上的光通量,照度的单位是每平方米的流明(Lm)数,也叫做勒克斯(Lux): 1Lux=1Lm/m2。上式中,Lm是光通量的单位,其定义是纯铂在熔化温度(约1770)时,其1/60平方米的表面面积于1球面度的立体角内所辐射的光量。,为了对照度的量有一个感性的认识,下面举一例进行计算,一只100W的白炽灯,其发出的总光通量约为1200Lm,若假定该光通量均匀地分布在一半球面上,则距该光源1m和5m处的光照度值可分别按下列步骤求得: 半径为1m的半球面积为212=6.28 m2,距光源1m处的光照度值为: 1200Lm/6.28 m2=191Lux。同理,半径为5m的半球面积为:252=157 m2,距光源5m处的光照度值为: 1200Lm/157 m2=7.64Lux。 一般情况:夏日阳光下为100000LUX;阴天室外为10000LUX;室内日光灯为100LUX;距60W台灯60cm桌面为300LUX;电视台演播室为1000LUX;黄昏室内为10LUX;夜间路灯为0.1LUX;烛光(20cm远处)1015LUX。,天气 照度LUX 室内场所 晴天 30000300000 生产车间 10500 阴天 3000 办公室 3050 日出日落 300 餐厅 1030 月圆 0.30.03 走廊 510 星光 0.00020.00002 停车场 15 阴暗夜晚 0.0030.0007,摄像机的照度是指他所能拍摄到的最弱的光强度。有了这个概念我们就可以根据不同的环境选配不同照度的摄像机。,信噪比,signal-to-noise ratio信号杂讯比,信噪比是信号电压对于噪声电压的比值,通常用符号s/n来表示。由于在一般情况下,信号电压远高于噪声电压,比值非常大,信噪比的单位用db来表示。一般摄像机给出的信噪比值均是在agc(自动增益控制)关闭时的值,因为当agc接通时,会对小信号进行提升,使得噪声电平也相应提高。 信噪比的典型值为4555db,若为50db,则图像有少量噪声,但图像质量良好;若为60db,则图像质量优良,不出现噪声。典型值为46db,若为50db,则图像有少量噪声,但图像质量良好;若为60db,则图像质量优良,不出现噪声,伽玛校正,现实世界中几乎所有的CRT显示设备、摄影胶片和许多电子照相机的光电转换特性都是非线性的。这些非线性部件的输出与输入之间的关系(例如,电子摄像机的输出电压与场景中光强度的关系,CRT发射的光的强度与输入电压的关系)可以用一个幂函数来表示,它的一般形式是: 输出(输入) 式中的 (gamma)是幂函数的指数,它用来衡量非线性部件的转换特性。,最初的NTSC电视标准需要摄像机具有 1/2.20.45的幂函数,现在采纳0.5的幂函数。PAL和SECAM电视标准指定摄像机需要具有 1/2.80.36的幂函数,但这个数值已显得太小,因此实际的摄像机很可能会设置成 0.45或者0.5。, 电子快门,电子快门(Electronic Shutter)是比照照相机的机械快门功能提出一个术语,它相当于控制CCD图像传感器的感光时间。由于CCD感光的实质是信号电荷的积累,则感光时间越长,信号电荷的积累时间就越长,输出信号电流的幅值也就越大。通过调整光生信号电荷的积累时间(即调整时钟脉冲的宽度),即可实现控制CCD感光时间的功能。, 自动增益控制,使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制方法。实现这种功能的电路简称AGC环。AGC环是闭环电子电路,是一个负反馈系统,它可以分成增益受控放大电路和控制电压形成电路两部分。增益受控放大电路位于正向放大通路,其增益随控制电压而改变。控制电压形成电路的基本部件是 AGC 检波器和低通平滑滤波器,有时也包含门电路和直流放大器等部件。 摄像机输出的视频信号必须达到电视传输规定的标准电平,即。为了能在不同的景物照度条件下都能输出的标准视频信号,必须使放大器的增益能够在较大的范围内进行调节。这种增益调节通常都是通过检测视频信号的平均电平而自动完成的,实现此功能的电路称为自动增益控制电路,简称AGC电路。具有AGC功能的摄像机,在低照度时的灵敏度会有所提高,但此时的噪点也会比较明显。这是由于信号和噪声被同时放大的缘故。, 背光补偿,背光补偿(Back light Compensation)也称作逆光补偿或逆光补正,它可以有效补偿摄像机在逆光环境下拍摄时画面主体黑暗的缺陷。 当引入背光补偿功能时,摄像机仅对整个视场的一个子区域(如从第80行 200行的中心区域)进行检测,通过求此区域的平均信号电平来确定AGC电路的工作点。由于子区域的平均电平很低,AGC放大器会有较高的增益,使输出视频信号的幅值提高,从而使监视器上的主体画面明朗。此时的背景画面会更加明亮,但其与主体画面的主观亮度差会大大降低,整个视场的可视性得到改善。, 同步方式,进行发射机及接收机同步时,须完成信号同步。水平同步信号控制水平扫描,垂直同步信号控制垂直扫描。同步系统分为下列几种: 1、 内同步(internal synchronization) 藉由摄影机的内同步信号产生电路之同步信号来完成操作。 2、外同步(external synchronization) 藉由一个外部的同步信号产生器,将同步信号分送到摄影机的外同步输入来完成同步。 3、 电源(行锁定) 同步(power(line-lock)synchronization) 利用摄影机的AC电源周波来完成垂直驱动(VD)同步。 内同步是由摄影机的内同步信号产生电路之同步信号来完成操作。 外同步使用外界同步信号,电源或同步信号发生器,将同步信号送入摄像机的外同步输入端。将摄像机信号电缆上的VD同步脉冲输入完成外VD同步。 多台摄像机外同步对多台摄像机固定外同步,使每一台摄像机可以在同样的条件下作业,因各摄像机同步,这样即使其中一台摄像机转换到其他景物,同步摄像机的画面亦不会失真。, 白平衡,即White Balance。物体颜色会因投射光线颜色产生改变,在不同光线的场合下拍摄出的图像会有不同的色温。例如以钨丝灯(电灯泡)照明的环境拍出的照片可能偏黄,一般来说,CCD没有办法像人眼一样会自动修正光线的改变。所以通过白平衡的修正,它会按目前画像中图像特质,立即调整整个图像红绿蓝三色的强度,以修正外部光线所造成的误差。有些摄像机除了设计自动白平衡或特定色温白平衡功能外,也提供手动白平衡调整。,D、什么是红外摄像机,人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列,依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.620.76m;紫光的波长范围为0.380.46m。比紫光波长更短的光叫紫外线,比红光波长更长的光叫红外线,人的肉眼是看不到红外线的。因为数码摄像机用CCD感应所有光线(可见光、红外线和紫外线等),这就造成所拍摄影像和我们肉眼只看到可见光所产生的影像很不同。为了解决这个问题,数码摄像机在镜头和CCD之间加装了一个红外滤光镜,其作用就是阻挡红外线进入CCD,让CCD只能感应到可见光,这样就使数码摄像机拍摄到的影像和我们肉眼看到的影像相一致了。 红外夜视,就是在夜视状态下,摄像机会发出人们肉眼看不到的红外光线去照亮被拍摄的物体,关掉红外滤光镜,不再阻挡红外线进入CCD,红外线经物体反射后进入镜头进行成像,这时我们所看到的是由红外线反射所成的影像,而不是可见光反射所成的影像,即此时可拍摄到黑暗环境下肉眼看不到的影像。,现在,大多采用的是LED红外发光二极管作为红外照明设备。红外发射二级管由红外辐射效率高的材料(常用砷化镓GaAs)制成PN结,外加正向偏压向PN结注入电流激发红外光。光谱功率分布为中心波长830950nm,半峰带宽约40nm左右,它是窄带分布,为普通CCD黑白摄像机可感受的范围。其最大的优点是可以完全无红暴,(采用940950nm波长红外管)或仅有微弱红暴(红暴为有可见红光)和寿命长。红外发光二极管的发射功率用辐照度W/m2表示。一般来说,其红外辐射功率与正向工作电流成正比,但在接近正向电流的最大额定值时,器件的温度因电流的热耗而上升,使光发射功率下降。红外二极管电流过小,将影响其辐射功率的发挥,但工作电流过大将影响其寿命,甚至使红外二极管烧毁。 因此,红外灯的供电系统及散热系统对红外摄像机来说尤为重要。,红外摄像机的一些常见问题及解决办法,1.防水和散热效果不理想: 用的时间长了之后,里面或多或少会出现汽水(此现象主要集中在北方地区),造成这个现象的原因主要是出在外壳的密封效果不够和当时装机时没有考虑到温差。当红外灯开始工作时会产生大量的热量,同时由于部外壳的散热效果不够,这样就会大大降低摄像机的使用寿命,要解决这个问题其实可以考虑把摄像机的外壳做成多条线槽构成,这样有利于散热。,2.白天色彩还原不够 红外一体摄像机的色彩在白天都会或多或少的偏色,这个最直接的原因是摄像机滤光片的问题,一般红外一体摄像机使用能透过一定比例红外光线的双峰滤光片,其优点是成本低,但由于自然光线中含有较多的红外成份,当其进入CCD后会干扰色彩还原,比如绿色植物变成灰白等等(有阳光的室外环境尤其明显)。双滤光片的使用就有效的解决了这个问题,双滤光片由一个红外截止滤光片和一个全光谱光学玻璃构成,当白天的光线充分时红外截止滤光片工作,CCD还原出真实色彩,当夜间光线不足时,红外截止滤光片自动移开,全光谱光学玻璃开始工作,使CCD充分利用到所有光线,从而大大提高红外性能。,3.临界点的反复跳变: 这是因为部分不管是配置了双滤光片还是用双峰滤光片的摄像机在某些复杂的光线的环境下不能稳定的工作造成的,同时因为多数厂家都是使用简单的如光敏电阻感应器等方式去控制双峰滤光片的工作状态,其临界点的反复跳变就不能尽人意了。但是如果采用智能芯片来控制,其模糊逻辑能力能有效控制双滤光片的工作状态。,4.白天和夜视清晰度有所差别: 这是因为可见光和红外光的波长不一样,因此折射率有所不同,通过相同的镜头时成像焦点不在同一个平面上。可以用三个办法解决。第一,采用自动聚焦一体机,第二,采用IR专用焦点不偏移镜头。,5.夜视有雪花点或者有雾: 其原因有很多 一是电源功率不足,采用集中供电时使用电源线线径较细导致线路损耗过大引起供电电压和电流下降,或者在分散式供电时采用了劣质电源适配器,使红外灯不能达到理想工作状态,其辐射功率不足引起雪花点。 二是红外灯质量差,且角度与镜头不匹配,例如用了12mm镜头配合10米红外灯,就会出现远处一片模糊,而近处雪花飘飘的现象。 三是摄像机实际照度不够低,有一些厂商使用了劣质红外灯,在红外灯不光不足的情况下为了提高图像的亮度,人为的提高了CCD的增益灵敏度,这就会导致其信噪比大大下降,我们看到的雪花点其实都是噪声。 四是有一些摄像机设计不合理,且不经过老化,如果镜头前面的海绵挡光不严,红外光就会直接散射进入镜头,看起来雾蒙蒙一片。还有就是一些摄像机没有进行老化,其电路板上残留的松香就会因为红外灯发热而挥发,附着在镜头甚至CCD上面。 还有一种情况就是摄像机所处的环境中灰尘很多,这种情况是很难克服的。,D、什么是云台,其实云台就是两个交流电机组成的安装平台,可以水平和垂直的运动。,全方位云台内部有两个电机,分别负责云台的上下和左右各方向的转动。其工作电压的不同也决定了该云台的整体工作电压,一般有交流 24V、交流220V及直流24V。当接到上、下动作电压时,垂直电机转动,经减速箱带动垂直传动轮盘转动;当接到左、右动作电压时,水平电机转动并经减速箱带动云台底部的水平齿轮盘转动。 需要说明的是云台都有水平、垂直的限位栓,云台分别由两个微动开关实现限位功能。当转动角度达到预先设定的限位栓时,微动开关动作切断电源,云台停止转动。 室外云台与室内云台大体一致,只是由于室外防护罩重量较大,使云台的载重能力必须加大。同时,室外环境的冷热变化大, 易遭到雨水或潮湿的侵蚀。因此室外云台一般都设计成密封防雨型。另外室外云台还具有高转矩和扼流保护电路以防止云台冻结时强行起动而烧毁电机。在低温的恶劣条件下还可以在云台内部加装温控型加热器。,为了实现对云台转动的控制,我们一般采用解码器。,解码器,国外称其为接收器/驱动器(Receiver/Driver)或遥控设备(Telemetry),是为带有云台、变焦镜头等可控设备提供驱动电源并与控制设备如矩阵进行解码器(Decoder) 通讯的前端设备。通常,解码器可以控制云台的上、下、左、右旋转,变焦镜头的变焦、聚焦、光圈以及对防护罩雨刷器、摄像机电源、灯光等设备的控制,还可以提供若干个辅助功能开关,以满足不同能够用户的实际需要。高档次的解码器还带有预置位和巡游功能。,解码器的工作原理是:解码器内部的通讯模块与控制中心进行通信,这种信号是数字信号(如RS485 ),他们以一种固定的协议(例如派尔高D和派尔高P)进行通信。通讯模块将接受到的RS485信号经过解码后,会控制相应的继电器闭合或者打开,继电器就会接通或断开驱动云台转动的电源,从而实现对云台转动的控制。,设置解码器的要点:1、波特率。波特率就是RS485信号的传输速率,单位bps。 2、地址。由于RS485是一种带寻址的通信方式,因此要设置每台解码器的地址。 3、协议。相应的通讯协议,例如派尔高D。 4、RS485信号线是有正负极之分的,一定不能反接。 总之,要实现解码器与控制主机的通讯,设置以上前三项是必不可少的,而且一定要前后对应。,RS485传输距离:理论上RS485的最长传输距离能达到1200米,但在实际应用中传输的距离要比1200米短,具体能传输 多远视周围环境而定。在传输过程中可以采用增加中继的方法对信号进行放大,最多可以加八个中继, 也就是说理论上RS485的最大传输距离可以达到9.6公理。如果真需要长距离传输,可以采用光纤为 播介质,收发两端各加一个光电转换器,多模光纤的传输距离是510公里,而采用单模光纤可达50公 里的传播距离。,RS485拓补结构:网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构,不支持环形或星形网络。 在构建网络时,应注意如下几点: (1)采用一条双绞线电缆作总线,将各个节点串接起来,从总线到每个节点的引出线长度应尽量短,以 便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。有些网络连接尽管不正确,在短距离、低速率仍 可能正常工作,但随着通信距离的延长或通信速率的提高,其不良影响会越来越严重,主要原因是 信号在各支路末端反射后与原信号叠加,会造成信号质量下降。 (2)应注意总线特性阻抗的连续性,在阻抗不连续点就会发生信号的反射。下列几种情况易产生这种不 连续性:总线的不同区段采用了不同电缆,或某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装,再者是 过长的分支线引出到总线。 在RS485组网过程中另一个需要主意的问题是终端负载电阻问题,在设 备少距离短的情况下不加终端负载电阻整个网络能很好的工作但随着距离的增加性能将降低。理论 上,在每个接收数据信号的中点进行采样时,只要反射信号在开始采样时衰减到足够低就可以不考 虑匹配。但这在实际上难以掌握,美国MAXIM公司有篇文章提到一条经验性的原则可以用来判断在 什么样的数据速率和电缆长度时需要进行匹配:当信号的转换时间(上升或下降时间)超过电信号 沿总线单向传输所需时间的3倍以上时就可以不加匹配。 一般终端匹配采用终端电阻方法, RS- 485应在总线电缆的开始和末端都并接终端电阻。终接电阻在RS-485网络中取120。相当于电 缆特性阻抗的电阻,因为大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100120。这种匹配方法简单有 效,但有一个缺点,匹配电阻要消耗较大功率,对于功耗限制比较严格的系统不太适合。另外一种 比较省电的匹配方式是RC匹配。利用一只电容C隔断直流成分可以节省大部分功率。但电容C的取 值是个难点,需要在功耗和匹配质量间进行折衷。 还有一种采用二极管的匹配方法,这种方案虽未 实现真正的“匹配”,但它利用二极管的钳位作用能迅速削弱反射信号,达到改善信号质量的目的,节 能效果显著。,球形摄像机就是在出厂的时候把云台、摄像机和解码器集成在一个装置里面,同时也集成了一些智能化的功能,从而可以方便的实现各种监控效果。,球形摄像机的分类方法:,E、球形摄像机,根据外径的尺寸可分为7寸、9寸等; 根据机芯可分为变速球和恒速球; 根据旋转速度可分为高速球、中速球和低速球,高速球:120-360度每秒,中速 球:40-120度每秒,低速球5-12度每秒; 根据安装方式可分为壁挂式、吊顶式和室内吸顶式; 根据使用的环境可分为室内型和室外型; 还有一些球形摄像机是带红外功能,称之为红外球形摄像机。,高速球的功能特点: 1、 高速功能:要求预置位速度强调快,基本达到250度/秒以上;第二手控速度强调平稳,控制灵敏灵活,不能过 快,不能生硬,支持变速。 2、 预置位功能:必须带有64个以上的预置位,同时要求预置位必须准确,断电后也能记忆该预置位。 3、 巡航扫描:必须可以设置高速球能在各个预置位之间巡航扫描功能。 高速球还有有些高级功能: 1、 轨迹记忆功能:要求高速球能记忆多条任意的轨迹路线,同时能将轨迹路线通过设置进行调用。 2、 菜单显示功能:能够显示一个完善的操作菜单,通过菜单进行对运行速度、预置位停留时间、运行模式等的修 改,通过菜单能进行摄像机参数的修改,以及编程,自动跟踪、隐私遮蔽等功能。 3、 自带报警输入输出:在高速球上加一个报警输入输出模块。 4、 网络高速球,光纤高速球:在高速球里再集成网络视频服务器模块或者光端机模块。,高速球的基本结构: 一般高速球都分为球心部分、外壳部分及配件部分。用机架把包一体机机心、控制解码主板和电机云台系统的统一起来组成球心部分,外壳一般都是采用铝合金,也有塑料的,铝合金的一般又分为铸造和冲压的两种外壳。铝合金的比塑料的好,冲压的比铸造的好。下外壳是透明罩部分,透明罩必须采用光学透明罩,才能保证通光率和图象无变形,同时还要考虑防老化、防破坏、防尘等问题。配件部分一般包括支架部分,加热器部分,扇热部分。电源,一般用的都是24伏2到3安电流的变压器供电。,高速球的几个重要硬件:电机,滑环,解码板,电源,皮带。,高速球的使用注意事项及常见故障,首先要明白的是高速球并不一定使用与所有场合。高速球常常用在视野开阔、人流密集的区域。,高速球的几个重要硬件:电机,滑环,解码板,电源,皮带。,1、球机通电无动作,无图像,指示灯不亮 检查电源线是否接错:如接错请按照正确的方法连接电源线。 检查供电电源是否损坏:如电源损坏请更换确保未被损坏的供电电源。 检验保险管是否损坏:如有损坏请更换确保未被损坏的保险管。 检验电源线是否接触不良:如接触不良,请重新连接好电源线,或更换电源线。 2、通电有自检,有图像,不能控制 检查球机地址码、波特率设定是否有误:如有误请设置相匹配的地址码和波特率。 检查协议设置是否正确:如有误请设置相对应的协议。 检查RS485控制线连接是否正确:如有误请按照正确的方法连接。 3、自检无法进行,有图像但伴有噪音 检验是否机械故障:请修正球机内部机械结构,如摄像机倾斜请摆正。 可能电源功率不够:请更换符合要求的电源,尽量把开关电源放在球机附近。 4、图像不稳定 更换合格的视频线,检验是否视频线接触不良。 可能电源功率不够:请更换符合要求的电源,并尽量把开关电源放在球机附近。 5、画面模糊 可能聚焦为手动状态,控制球机或调用任一预置位,球机可恢复自动聚焦。 透明罩脏,清洗透明罩 6、球机控制不停或延迟 检查控制最远处球机匹配电阻是否加入,在离控制远处的球机如未加入,请加入匹配电阻。 可能电源功率不够:请更换符合要求的电源,并尽量把开关电源放在球机附近。 7、用一段时间后控制不灵或无图像,重新加电后恢复正常。 这种现象的本质原因是球机软件系统死机。这常常是由于进水、高温、电源质量不好以及视频线路中引入 了很强的干扰。,F、道路监控摄像机,道路监控摄像机专门用于监视交通道路上运动中的车辆、驾驶员、行人及标志物等目标对象,要求全天候不间断运行,并能够实时、清晰地捕获到目标对象的特征信息(如号牌、颜色、脸型、轮廓、形状、运行状态等)。由于使用环境比较复杂、恶劣、不可预测,道路监控摄像机的设计、生产和制造必须符合工业化标准。,道路监控摄像机按照功能不同可分为高清摄像机、红外摄像机、自动跟踪摄像机、网 络摄像机、强光抑制摄像机、宽动态摄像机。,道路监控摄像机较普通摄像机的区别:,1、具有强光抑制功能 2、具有多档可调电子快门 3、清晰度较高,一般都在540TVL以上 4、能清除分辨交通灯颜色,(2)传输系统,什么是传输系统,前端设备采集到图像信息以后要经过一系列的设备传输到后端设备进行处理,这个环节直接影响了后端设备接收到的信号质量,因此是非常重要的。传输系统可分为模拟传输和数字传输。按照传输媒介可分为有线传输、无线传输和光传输,按照传输的介质可分为视频基带传输、光纤传输、网络传输、微波传输、双绞线平衡传输、宽频共缆传输。,模拟传输系统:,由于传统摄像机输出的都是模拟信号,因此在短距离内都通过视频基带进行传输。他是直接用同轴电缆将视频基带信号(0-6MHz)进行传输。这种传输方式在短距离内基本上没有失真且造价低廉,但是当传输距离超过300米时高频分量衰减很大,星型结构,一路图像使用一根线缆,布线量大,图像与控制信号需两根线传输,不易维护,可扩展性也很差。但是虽然用同轴电缆传输有诸多缺点,但是,造价低廉、短距离不失真是他的最大优势,同时,从信息论角度来讲,模拟信号所包含的信息量是最大的,这就可以最大限度的保证图像信息的完整性。,除了传统的每路视频使用一根同轴电缆传输的方法以外,近年来也出现了其他的模拟传输方法和设备,例如使用网线配合双绞线传输器传输,宽频共缆传输等,,视频同轴电缆,国内的同轴电缆有SYV75-3、SYV75-5、SYV75-7、SYV75-9等规格,他们的特性阻抗为75,关于各种线缆的最大传输距离目前没有统一标准,不同环境会有不同的传输效果。建议-3为100米以内,-5为200米以内,-7为400米以内。,双绞线传输器,双绞线传输器一般是指利用网线来传输视频的设备,双绞线传输利用差分传输原理,在发射端将视频信号变换成幅度相等、极性相反的视频信号,通过双绞线传输后,在接收端将二个极性相反的视频信号相减变成通常的视频信号,故能有效抑制共模干扰,即使在强干扰环境下,其抗干扰能力远比同轴电缆好,而且通过对视频信号的处理,其传输的图象信号也比同轴电缆清晰,同一根网线相互之间不会发生干扰。,优点 1、布线方便,线缆利用率高。一根普通超五类网线,内有4对双绞线,可以同时传输4路视频信号,或3路视频、1路控 制信号;而且网线比同轴电缆更好敷设。 2、价格便宜。普通超五类网线的价格相当与75-3视频线,室外防水超五类网线的价格相当与75-5视频。 3、节约成本。,宽频共缆传输,共缆监控是有线电视技术在监控传输领域的逆向应用,利用同轴电缆千兆宽带的特性和频率分割技术(FDM),首先将不同的监控信号调制到不同频率的载波上,然后通过信号耦合器将多路监控信号混合(也称复用)到一根宽频同轴电缆上进行远距离传输。,宽频共缆传输的特点 布线简洁化:该系统在实际应用中可以实现二十多路监控信号(包括视频、音频、报警和广播、控制信号)通过一根同 轴电缆双向传输03公里,使监控信号实现了集约式总线制传输。 宽频集成化:同轴电缆频率带宽为01000MHz,由于宽频共揽监控传输信号时只利用了其中300MHz的空间,使多系 统多路信号传输汇集到一根电缆传输。 传输双向化:在信号传输时,利用540MHz来下行传输对前端云台和镜头的控制数据信号和广播信号,利用48 300MHz来上行传输监控视频信号、音频信号、报警量,而4048为信号双向传输的隔离带,上下行信 号在其中传输各行其道不会碰撞。 远距抗扰化:把视音频及控制信号搬移到高频上,传输时只衰减载波信号,而不衰减视频信号,只要满足载噪比即可, 且传输时允许串接5级放大器,使传输距离突破500米瓶颈,最远可以达到3000米。,视频抗干扰器,在某些场合,例如干扰源距离同轴电缆比较近且无法避免时,可采同视频抗干扰器。典型应用是塔吊。,视频抗干扰器目前有两种类型,一种是放大抗干扰模式,另外一种是移频抗干扰模式。放大抗干扰器只是单纯的将信号的输出幅度提高,实际上并没有彻底解决干扰,而移频抗干扰器是将视频信号用一个载波进行调试,将信号搬移到不易被干扰的频段进行传输,到接收端后在进行解调。,总之,模拟视频传输是视频监控系统最基本的传输方式,也是性价比高且应用最广泛的一种传输方式。,数字传输方式,自从上世纪开始,数字产品就已经逐渐深入人们的生活,在视频监控行业也不例外。如今,视频监控已经全面进入数字时代。,首先,什么是数字信息? 数字信号指幅度的取值是离散的,幅值表示被限制在有限个数值之内。,(1)抗干扰能力强、无噪声积累。在模拟通信中,为了提高信噪比,需要在信号传输过程中及时对衰减的传输信号进行 放大,信号在传输过程中不可避免地叠加上的噪声也被同时放大。随着传输距离的增加,噪声累积越来越多,以致使 传输质量严重恶化。对于数字通信,由于数字信号的幅值为有限个离散值(通常取两个幅值),在传输过程中虽然也受 到噪声的干扰,但当信噪比恶化到一定程度时,即在适当的距离采用判决再生的方法,再生成没有噪声干扰的和原发 送端一样的数字信号,所以可实现长距离高质量的传输。 (2)便于加密处理。信息传输的安全性和保密性越来越重要,数字通信的加密处理的比模拟通信容易得多,以话音信号 为例,经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密、解密处理。 (3)便于存储、处理和交换。数字通信的信号形式和计算机所用信号一致,都是二进制代码,因此便于与计算机联网, 也便于用计算机对数字信号进行存储、处理和交换,可使通信网的管理、维护实现自动化、智能化。 (4)设备便于集成化、微型化。数字通信采用时分多路复用,不需要体积较大的滤波器。设备中大部分电路是数字电 路,可用大规模和超大规模集成电路实现,因此体积小、功耗低。 (5)占用信道频带较宽。一路模拟电话的频带为4kHz带宽,一路数字电话约占64kHz,这是模拟通信目前仍有生命力的 主要原因。随着宽频带信道(光缆、数字微波)的大量利用(一对光缆可开通几千路电话)以及数字信号处理技术的发展 (可将一路数字电话的数码率由64kb/s压缩到32kb/s甚至更低的数码率),数字电话的带宽问题已不是主要问题了。,视频监控中的数字传输,在视频监控系统中,传输往往也可以用数字信号。主要分为两种:利用计算机网络传输和利用光纤传输。,利用计算机网络传输 由于计算机网络现在已经非常普及,利用网络传输视频已经是一项很成熟的技术。他是把模拟的视频信号进行模数转换,经过合理的压缩以后通过相应的网络协议利用计算机网络进行传输。这种传输方式的最大优点就是在基本保证图像质量的情况下可以不受地域限制传输,缺点数字视频传输时需要相对较大的带宽资源,而这也与许多地方带宽资源有限形成了一种矛盾,从而在许多时候数字视频的传输也受到了限制。,数字视频传输的相关设备,A、网络视频服务器,网络视频服务器(DVS,digital video server),又叫数字视频编码器,是一种压缩、处理音视频数据的专业网络传输设备,由音视频压缩编解码器芯片、输入输出通道、网络接口、音视频接口、RS485串行接口控制、协议接口控制、系统软件管理等构成,主要是提供视频压缩或解压功能,完成图象数据的采集或复原等,目前比较流行的基于MPEG-4或H.264的图像数据压缩通过Internet网络传输数据以及音频数据的处理。,摄像机,模拟 信号,网络 信号,网络 信号,网络视频服务器,互联网,客户端,网络视频服务器在目前视频领域中的应用主要是利用网络视频服务器构建远程监控系统。采用开放式软硬件平台和标准或通用接口协议,系统扩展能力较强,能够与未来全数字、网络化、系统化、多通道资源共享等体系相衔接 。,网络视频服务器中的一些技术要点: (A)、编解码算法。视频信号数字化后数据带宽很高,通常在20MB/秒以上,因此计算机很难对之进行保存和处理。采用压缩技术以后通常数据带宽右以降
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