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安防技术基础 第二章视频探测与监控技术 前一页 本章主要内容 视频监视概述视频摄象子系统图象传输子系统视频显示与输出主要设备的原理和性能系统安装与调试 前一页 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情况 可以把被监视场所的图像内容 声音内容同时传送到监控中心 使被监视场所的情况一目了然 同时 电视监视系统还可以与防盗报警等其它安全技术防范体系联动运行 使防范能力更加强大 视频探测与监控技术 视频探测与监控技术 前一页 特别是多媒体技术的发展以及计算机图像文件处理技术的发展 使电视监控系统在实现自动跟踪 实时处理等方面更有了长足发展 从而使电视监控系统在整个安全技术防范体系中具有举足轻重的地位 视频监控系统的另一特点是它可以把被监视场所的图像及声音全部或部分地记录下来 为日后对某些事件的处理提供了方便条件及重要依据 视频监控系统已成为安全技术防范体系中不可或缺的重要组成部分 前一页 视频监控概述 图视频监控系统原理图 前一页 摄像部分是电视监控系统的前端部分 是整个系统的 眼睛 它布置在被监视场所的某一位置上 使其视场角能覆盖整个被监视的各个部位 由于摄像部分是系统的最前端 并且被监视场所的情况是由它变成图像信号传送到控制中心的监视器上 所以从整个系统来讲 摄像部分是系统的原始信号源 视频摄象子系统 前一页 在摄像机安装在电动的 可遥控的 可变焦距 变倍 镜头 使摄像机所能观察的距离更远 更清楚 把摄像机安装在电动云台上 通过控制台的控制 可以使云台带动摄像机进行水平和垂直方向的转动 使摄像机能覆盖更大的角度 面积 视频摄象子系统 前一页 传输部分就是系统的图像信号通路 一般来说 传输部分单指的是传输图像信号 目前视频监控系统多半采用视频基带传输方式 如果在摄像机距离控制中心较远的情况下 也有采用射频传输方式或光纤传输方式 对以上这些不同的传输方式 所使用的传输部件及传输线路都有较大的不同 传输部分的好坏将影响到整个系统的质量 图象传输子系统 在视频监控系统中 主要有两种信号 一是电视信号 二是控制信号 电视信号是从前端的摄像机流向控制中心 而控制信号则是从控制中心流向前端的摄像机 云台等受控对象 流向前端的控制信号 一般是通过设置在前端的解码器解码后再去控制摄像机和云台等受控对象的 前一页 图象传输子系统 前一页 视频基带传输方式是指从摄像机至控制台之间传输电视图像信号 这些信号完全是视频信号 视频传输方式的优点是传输系统简单 在一定距离范围内 失真小 信噪比低 不必增加调制器 解调器等附加设备 缺点是传输距离不能太远 一根电缆只能传送一路电视信号等等 由于电视监控系统一般摄像机与控制台之间的距离都不是太远 所以是最常用的一种传输方式 信号传输方式 图象传输子系统 前一页 图象传输子系统 视频基带传输方式 前一页 视频平衡传输系统目前 解决远距离视频传输的一种比较好的办法是采用 视频平衡传输 方式 摄像机输出的视频信号经发射机转换为一正一负的差分信号 经双绞线传输至监控中心的接收机 再重新合成为标准的全电视信号送入控制台中的视频切换器等设备 这种传输方式不加中继器时 黑白电视信号最远可传输2000m 彩色电视信号最远可传输1500m 加中继器时最远可传输20km 信号传输方式 图象传输子系统 前一页 视频平衡传输系统 图象传输子系统 前一页 远端切换方式在视频传输方式下 如果在距离监控中心较远的某个同一方向相对集中较多台摄像机时 也可以采取 远端切换方式 所谓 远端切换方式 就是把原来在控制台上进行的切换 视频信号切换及控制信号切换 移到远端摄像机群附近的地方进行 可以大大减少传输线路的数量 信号传输方式 图象传输子系统 前一页 远端切换方式 图象传输子系统 前一页 射频传输方式在视频监控系统中 当传输距离很远又同时传送多路图像信号时 有时也采用射频传输方式 也就是将视频图像信号经调制器调制到某一射频频道上进行传送 主要优点是 传输距离远 传输过程中产生的微分增益和微分相位较小 因而失真小 一条传输线可以同时传送多路射频图像信号 缺点是 需增加调制器 混合器 线路宽带放大器 解调器等传输部件 而这些传输部件会带来不同程度的信号失真 并且会产生交扰调制与相互调制等干扰信号 信号传输方式 图象传输子系统 前一页 图象传输子系统 射频调制方式 前一页 光缆传输方式用光缆代替同轴电缆进行电视信号的传轴 给视频监控系统增加了高质量 远距离传输的有利条件 其传输特性和多功能是同轴电缆线所无法比拟的 先进的传输手段 稳定的性能 高的可靠性和多功能的信息交换网络还可为以后的 城市报警与监控系统 奠定良好的基础 信号传输方式 图象传输子系统 前一页 光缆传输方式传输容量大 通过一根光纤可传输几十路以上的电视信号 传输质量高 光纤传输需要相当多的中继放大器 因而没有噪声和非线性失真迭加 保密性能好 适合保密系统使用 同时 光纤传输不受电磁干扰 适合应用于有强电磁干扰和电磁辐射的环境中 敷设方便 光缆具有细而轻 拐弯半径小 抗腐蚀 不怕潮 温度系数小 不怕雷击等优点 为光缆的敷设工程带来了很大的方便 信号传输方式 图象传输子系统 前一页 光缆传输方式调频 FM 光缆传输 它可传输多频道高质量信号 传输距离远 数字光缆传输 这种系统无中继噪声积累 无任何交互调失真 在极长的距离上有很好的图像质量 但一根光纤只能传输6 8路电视信号 多路调幅 AM 光缆传输 它是一种残留边带调幅光缆传输系统 一般AM光纤可传输40个频道 且性能 价格比高 发展很快 目前已广泛应用于有线电视系统中 信号传输方式 图象传输子系统 前一页 光缆的结构光缆是由石英纤芯 石英包层和尼龙覆盖层组成 纤芯与包层的光折射率不同 光几乎以与纤芯和包层界面相平行的角度射入 经界面全反射 沿纤芯传播 在多次反射中 光的损失很少 衡量光纤的重要性能指标有损耗和带宽特性 光纤的损耗主要来自端面反射和界面反射产生的损耗 结构缺陷损耗和材料本身的损耗 信号传输方式 图象传输子系统 前一页 光源与调制用于光缆的光源 目前以发光二极管和激光二极管为主 发光二极管是用半导体 结把电信号转换成光信号的注入型场致发光器件 激光二极管也是由 结构成的半导体器件 其平行侧面沿晶体的天然晶面被抛光 在正向偏置下 注入电流超过阈值后就从一侧解理面发射具有相干性的激光 信号传输方式 图象传输子系统 前一页 光接收器接收光缆传输的信号有直接检测和外差检测两种方式 直接检测是用检光器件把光信号转换成电信号 进而解出原始信号 现已广泛应用于光缆传输的接收系统中 目前广泛应用的光接收器件是PIN光电二极管 外差检测是将光信号与机内激光混频 取出差频信号经放大 解调来恢复原始信号 这种方式目前还缺乏实用化技术 信号传输方式 图象传输子系统 前一页 光缆传输的工作原理光纤传输系统主要由光发射机 传输光缆和光接收机组成 光发射机的核心器件是激光二极管 由前端来的射频信号对激光管的发光强度直接进行调制 光发射机一般采用分布反馈式 DFB 激光器 这是一种单模工作激光器 具有良好的噪声性能 线性和互调性能 可用多频道AM组合信号直接调制 光接收机一般采用光电二极管 PIN PD 作为光转换器件 信号传输方式 图象传输子系统 前一页 光缆传输的工作原理 图象传输子系统 前一页 光缆模拟射频多路电视信号该技术是利用射频多频道电视信号直接调制单模激光器 不加中继放大 均衡等处理 经低损耗一根单模光纤长距离传送到光检波器 然后经检波器直接恢复多频道电视射频信号 再经对应各射频信号的解调器解调出视频全电视信号 信号传输方式 图象传输子系统 前一页 电话电缆传输方式是利用平衡电缆对的传送方式 在这方面的研究 我国已有多年历史 已经生产出了这样的设备 但就其技术水平及应用领域都还未形成具有竞争力的传输方式 并且还限制在单位内部的电视信号传输上 早在上世纪70年代国外某些国家就已经商品化了 由于这种传输方式在远距离 低成本方面具有优越性 已被广泛地应用于高速公路的交通监视系统以各大宾馆 饭店之间的视频服务网中 信号传输方式 图象传输子系统 前一页 电话电缆传输的优越性传送距离最远可达60km 这是目前连光缆也难以轻易达到的水平 由于线路是对称平衡的 不易受到低频杂波的干扰 利用现有的电话电缆 并根据时分法对电缆进行多路复用 提高电缆的使用效率 降低运行费用 信号传输方式 图象传输子系统 前一页 在视频监控系统中 特别是在远距离传输信号的情况下 由于传输方式的不同 往往在系统中要采用一些不同的传输部件 图象传输子系统 前一页 这种情况下传输部件有两类 视频放大器 幅频和相频补偿器 视频放大器有两种安装方式 一种是安装在摄像机输出端之后 传输线之前 另一种是安装在传输线中间 用于放大已衰减了的视频信号 这种情况下还应加装相位补偿器 以补偿由于传输所造成的信号的相位失真 远距离传输方式 图象传输子系统 前一页 幅频和相频补偿器 这种补偿器一般装在总控制台上的视频信号输入端口 以补偿传输过来的视频信号由于传输而造成的高频信号幅度的衰减和整个信号的相移失真 如果是传输黑白电视信号 即使传输距离较远 一般也不必进行相位补偿 但如果是远距离传输彩色电视信号 视频传输 则必须加装幅频和相频补偿器 否则会产生严重的信号失真 特别是色调失真 远距离传输方式 图象传输子系统 前一页 目前 在远距离视频传送的方式下 还可以采用平衡式视频传输方式 在摄像机的输出端加装 发射机 装置 将视频信号变为正 负对称平衡式信号 经传输线传输至监控中心的控制台后 再经过 接收机 的装置加以还原 成为标准的视频信号 这种传输方式的优点是可以用双绞线进行传送 如果在线路中间加放大补偿器后 传输的距离可以很远 黑白电视信号可传送20公里 彩色信号可传送2公里 远距离传输方式 图象传输子系统 前一页 射频传送方式下的传输部件有调制器 射频放大器 解调器等等 这些器件与有线电视网用的传输部件基本相同 射频传送方式 图象传输子系统 前一页 光纤传送方式使用的传输部件有光调制器 光放大器 光解调器等 与有线电视采用光纤传输时所用的部件基本相同 光调制器与光解调器在工程应用上常称作光发送端机与光接收端机 光纤传送方式 图象传输子系统 前一页 电话电缆平衡传输方式下的传输部件中 有些部件的电路组成还是比较复杂的 如发送中继器 地沟中继器 接收中继器等 此外平衡中继器的电路组成更为复杂 除了这些部件外 还有视频变压器 信号检测传感器等 电话电缆平衡传输方式 图象传输子系统 前一页 显示部分由多台监视器组成 它的功能是将传送来的图像显示出来 在电视监控系统中 一般都不是一台监视器对应一台摄像机进行显示 而是用一台监视器轮流切换显示 因为被监视场所的情况不可能同时都发生意外情况 所以平时只要隔一定的时间显示一下即可 系统基本组成 视频显示与输出 前一页 当某个被监视的场所发生情况时 可以将这一路信号切换到某一台监视器上一直显示 并通过控制台对其遥控跟踪记录 在一般的系统中通常都采用四比一 八比一 甚至十六比一的摄像机对监视器的比例数设置监视器的数量 可采用 画面分割器 把几台摄像机送来的图像信号同时显示在一台监视器上 可以大大节省监视器 并且操作人员观看起来也比较方便 系统基本组成 视频显示与输出 摄象机与镜头云台与防护罩视频切换器视频分配放大器主控制台 副控制台终端解码箱 解码控制器 画面分割器硬盘录像机传输部件 前一页 主要设备的原理和性能 前一页 摄像机是拾取图像信号的设备 即被监视场所的画面是由摄像机将其光信号 画面 变为电信号 图像信号 目前 无论是彩色摄像机还是黑白摄像机 其光电转换的器件均采用了CCD器件 即 电耦合 器件 摄像机通过它的镜头把被监视场所的画面成像在CCD片子 靶面 上 通过CCD本身的电子扫描 把成像的光信号变为电信号 再通过放大 整形等一系列信号处理 最后变为标准的电视信号输出 摄象机与镜头 主要设备的原理和性能 前一页 CCD摄像机特点是 体积小 灵敏度高 寿命长 理论上CCD器件本身寿命相当长而不会老化 这也是它对比以前的摄像管式摄像机具有的最大优点 摄象机与镜头 主要设备的原理和性能 前一页 清晰度 一般多给出水平清晰度 电视监控系统使用的摄像机 要求彩色摄像机水平清晰度在300线以上 黑白摄像机在350线以上 照度 是衡量摄像机在什么光照强度的情况下 可以输出正常图像信号的一个指标 一般是给出 正常照度 和 最低照度 两个指标 照度一般用 勒克斯 Lux 表示 信噪比 也是摄像机的一个重要技术指标 信噪比的是指摄像机的图像信号与它的噪声信号之比 常用用S N表示 信噪比一般用分贝 dB 表示 一般要求其信噪比高于46dB 摄象机与镜头 主要设备的原理和性能 前一页 定焦距镜头 这种镜头的焦距是不可变的 可变的只有光圈的大小 它适合于摄取焦距相对固定的目标 自动光圈 电动变焦距镜头 是目前常用的一种镜头 由摄像机输出的电信号自动控制光圈的大小 所以适于光照度经常变化的场所 常用的电动变焦镜头有6倍 8倍 10倍几种 自动光圈 自动聚焦 电动变焦镜头 这种镜头除具有自动光圈及电动变焦功能外 还有自动聚焦功能 也就是说 当通过云台和电动变焦改变摄取方向及目标时 可以自动聚焦 摄象机与镜头 主要设备的原理和性能 前一页 云台是承载摄像机进行水平和垂直两个方向转动的装置 云台内装两个电动机 一个负责水平方向的转动 另一个负责垂直方向的转动 水平转动的角度一般为350 垂直转动则在 45 35 75 等等 水平及垂直转动的角度大小可通过限位开关进行调整 云台与防护罩 主要设备的原理和性能 前一页 室内及室外云台 室内云台承重小 没有防雨装置 室外云台承重大 有防雨装置 有些高档的室外云台除有防雨装置外 还有防冻加温装置 承重 为适应安装不同的摄像机及防护罩 云台的承重应是不同的 应根据选用的摄像机及防护罩的总重量来选用合适承重的云台 控制方式 一般的云台均属于有线控制的电动云台 控制线的输入端有五个 其中一个为电源的公共端 另外四个分为上 下 左 右控制端 云台与防护罩 主要设备的原理和性能 前一页 防护罩是使摄像机在有灰尘 雨水 高低温等情况下正常使用的防护装置 室内用防护罩价格便宜 其主要功能是防止止摄像机落灰并有一定的安全防护作用 如防盗 防破坏等 室外防护罩一般为全天候防护罩 即无论刮风 下雨 下雪 高温 低温等恶劣情况 都能使安装在所护罩内的摄像机正常工作 为了在雨雪天气仍能使摄像机正常摄取图像 可在全天候防护罩上安装可控制的雨刷 云台与防护罩 主要设备的原理和性能 前一页 云台与防护罩 主要设备的原理和性能 前一页 一体化摄象机 一体化摄象机是将摄象机 镜头 云台等器件复合在一个透明的防护罩当中 成为一个产品 使得摄象机 镜头 云台的参数匹配 形成一个统一的系统 便于安装 调试和维护 同时还降低了成本 主要设备的原理和性能 前一页 一体化摄象机 主要设备的原理和性能 前一页 视频切换器是选择视频图像信号的设备 如果将几路视频信号加在它的输入端 通过对它的控制 可以选择任何一路视频信号输出 而其它信号则不输出 是组成控制中心中主控制台上的一个关键设备 例如用一台监视器轮流显示四台摄像机信号的 四选一 方式 目前所使用的视频切换器 一般都做成矩阵切换形式以及积木式 可根据系统中摄像机与监视器的比例 来选用视频切换器的输入输出路数及任意组成切换比例 主要设备的原理和性能 视频切换器 前一页 主要设备的原理和性能 视频切换器 前一页 切换比例 指切换器的输入路数及切换后输出的路数 如果是矩阵形式的视频切换器 可通过编码任意选择切换比例 如果切换比例是固定的 一般常用的有 四选一 八选一 等等 隔离度 是衡量多路视频信号输入到切换器上时 各路视频信号之间以及它们与切换后输出的信号之间隔离的程度 一般用分贝 dB 表示 越高越好 目前可做到80dB以上 视频切换器 主要设备的原理和性能 前一页 微分增益DG 微分相位DP 微分增益是指被切换后输出的视频信号与切换前的信号在幅度上的失真程度 此指标值越小失真越小 微分相位是指被切换后输出的视频信号与切换前的信号在相位上的失真 一般要求DG 8 DP 8 输入电平与输出电平 一些视频切换器还给出输入电平 或输入电压 和输出电平 或输出电压 的技术指标 输入电平是指视频切换器输入端对输入视频信号电压幅度的要求 视频切换器 主要设备的原理和性能 前一页 视频分配放大器的功能和作用有两个 一是对视频信号进行分配 即将同一个视频信号分成几路 二是对视频信号进行放大 在实际中是先放大后分配 这里的放大概念虽然通常是指在电压幅度上及功率上均进行放大 一般说来 主要用于分配目的的视频分配放大器 应侧重于功率放大 而对于远距离视频基带传输时视频信号的发送端所用的视频分配放大器 则应侧重于电压幅度的放大 视频分配放大器 主要设备的原理和性能 前一页 视频分配放大器 主要设备的原理和性能 前一页 主控制台是电视监控系统的核心设备 对系统内各设备的控制均是从这里发出和控制的 控制台本身是由各种具体设备组合而成的 主要有 视频分配放大器 视频切换器 控制键盘 时间地址符合发生器 录像机 电源等等 由于实质上主控制台是多种设备的组合 而这种组合又是根据系统的功能要求来设定的 所以主控制台虽然在总体上功能是相似的 但具体上又有很大的差别 主控台副控台 主要设备的原理和性能 前一页 主要设备的原理和性能 控制键盘 前一页 根据系统中摄像机的台数 选择视频切换器的最大输入路数 视频切换器最大输入路数一般应大于摄像机的台数 以便为今后扩展时留有余地 根据系统所防范区域的风险等级及区域中要害地点的数目选择录像机的台数 需要连续录像的情况下 应选择 长延时录像机 当整个系统中摄像机的台数很多时 可考虑选用 多画面分割器 多画面分割器 有四分割 九分割 十六分割等等 组成控制台的原则 主要设备的原理和性能 前一页 根据系统控制的要求 考虑在总控制台之外是否要设分控制台 根据整个系统供电的要求 考虑电源的设定 当系统有多路远距离信号传输时 应根据远距离信号传送的方式 考虑在控制台中增设解调装置 补偿装置 还原装置以及远端切换控制装置等等 时间及地址符合发生器的设置 时间是可以随时设定的 而地址则是根据系统的要求 事先固化在集成块中的 如果选用时间及地址符号发生器的话 应由供应厂商事先固化地址 组成控制台的原则 主要设备的原理和性能 前一页 副控制台实际上是一个操