信息与通信视频监控技术

第三章视频监控系统1目录视频监控系统的特点和作用电视原理视频监控系统的组成摄像机和配套设备视频信号的传输图像信号的显示与记录视频监控系统的集成模式和控制视频监控系统的评价和技术指标视频监控系统的开展趋势2视频监控系统的特点和作用

视频监控的特点信息量大—既具有空间分辨能力又有时间分辨能力—空间和时间的分辨均带有目标个体的特征。实时性强—电视技术产生实时的图像，可实现对异常情况的最快的响应〔不用其它手段复核〕，又能对反响的效果给出最真实、迅速地评价。被动的工作方式—不易被发现、不干扰其它系统，是一种无侵犯性的方式。易于与其它技术集成—不产生图像的系统往往要求与图像系统集成。技术开展快—技术、产品的选择范围大，配套、标准完备3视频监控系统的特点和作用

视频监控的应用特点

日常的观察范围－通常的距离和范围复杂的环境条件－各种环境条件〔公开、隐蔽，光照、气候〕，特别是非正常条件下均能获得良好的图像，主要要解决低照度和大动态范围条件下的图像获取。识别级的图像分辨－存在、相貌、动作〔体态〕连续的存储和查询式的读取－存储介质、网络传输4视频监控系统的特点和作用

视频监控在技防系统中作用平安防范体系中不可或缺的重要局部平安防范系统技术集成的核心平安防范技术进步的关键和箭头目前主要还是复核和取证视频监控的技术标准GA/T367-2001视频安防监控系统技术要求GB50348-2004平安防范工程技术标准DB34/221-2001平安技术防范工程检验标准GB20815-2006视频安防监控数字录像设备GB/T7401-1987彩色电视图像质量主观评价方法5电视原理电视：将光学图像转换为电信号进行处理和传送，再复原为光学〔可视〕图像的技术。电视实现的根本变换：光电转换和电光转换。

景物

镜头摄像器件空间信号时间域信号6电视原理光学图像转变为电视信号必须经过两个转换：把焦平面光学图像转换为电图像—通过镜头把景物成像于焦平面。光电转换器件〔摄像器件〕将其光强〔照度〕转换为电荷量。空间域的电图像转换为时域的电视信号—通过摄像器的读出过程〔扫描〕，把空间域信号〔电荷量〕转换成时间域信号〔连续的电压信号〕。

7电视原理人的视觉特性：有限的〔角〕分辨和暂存特性。

图像的分解：根据人的视觉特性，用组成图像的最小单元〔像素〕的阵列来表示图像，用一系列的单帧图像，产生活动图像的效果。在现行〔模拟〕电视系统中将图像用假设干水平线来描述，每条线可理解为由一系列连续的点组成。这是一帧图像最根本的表示方法。根据视觉的分辨能力确定图像分解的线数。根据视觉的暂存特性确定每秒显示图像的帧数。以上两个参数是确定电视制式的根本因素。8电视原理现在的各种视频技术根本上采用像素的阵列来表示〔分解〕图像。特别是数字视频，它是由图像转换时取样格式来确定的。图像的扫描，现行电视图像的分解是通过电视扫描实现的。扫描这个概念源自传统电视设备中的电子束扫描；行扫描，从左向右〔水平方向〕的扫描。场扫描，从上向下〔垂直方向〕的扫描。

行扫描

场扫描t9电视原理

两种扫描方式：逐行扫描，垂直扫描是按水平扫描线逐行进行。计算机显示器通常是这种方式。隔行扫描，将一帧图像分为两场，一场由奇数行组合，一场由偶数行组成〔一帧两场〕。然后分别进行图像扫描。现行电视扫描就是这种方式，目的是为减轻闪烁现象。

=+

图像帧奇数场偶数场行频，行扫描的频率。等于帧频乘以一帧图像的扫描线数。帧〔场〕频，每秒图像的帧〔场〕数。我国现行电视规定每帧图像分解为625线，每秒有25帧图像，行频为15625Hz，帧频为25Hz。

10电视原理电视信号通常是指摄像机输出的基带信号，也称视频信号。它由两个局部组成：图像信号与景物每一点〔摄像器件的每一像素〕的亮度相对应。是图像的根本信息。同步信号表示时域信号中每点〔时刻〕对应的空间位置。与摄像器件的扫描过程相一致。分场同步信号和行同步信号。位于回扫或逆程〔消隐〕期间。全电视信号还包括色同步信号。经视频信号调制过的高频信号〔电视台播放的〕称为射频信号。11为了便于传送，将视频信号调制〔幅、频〕于载波，称为射频信号。视频信号的带宽为0~几MHz。我国电视制式规定：图像信号，正极性、标称幅度为0.7VP-P。同步信号，负级性、幅度为0.3VP-P。色同步信号，包含10个副载波周期，幅度为0.3V。视频带宽，6MHz。电视〔模拟〕信号特点：与空间信号〔像素〕一一对应，在传送过程中所有的变化均直接反映于信号的变化。电视信号的劣化是不可修复的。电视信号的波形与图像的质量之间直接相关。可通过对电视信号的测量〔评价〕来评价图像的质量。也可从图像的视觉效果推断出电视信号的〔劣化〕状况。

电视原理12场信号，以每场间隔重复显示的信号，其周期是20ms。每场信号包含287.5个行信号。

20ms场同步信号行信号，以每一行〔扫描线〕间隔重复显示的信号，周期是64µs。0.7Vp-p0.3Vp-p色同步信号64µs行同步信号

电视原理13

彩色图像比黑白图像信息量大，丰富的色彩所表达的信息黑白电视无法重现。与黑白电视兼容是现行彩色电视的特点。

三基色原理，任何一种颜色都有可以由三种基色按适当比例混合而成。它是符合人的视觉特性的，人眼有三种分别对红、绿、蓝灵敏的光敏器官，对光的总灵敏度为三种灵敏度的总和。有相加混色、相减混色两种方法，电视采用前者。

电视系统的三基色，红、绿、蓝。三基色不是唯一的。实际证明：红、绿、蓝三个基色可混合出自然界几乎所有颜色。色度三角形

电视原理14亮度恒定公式：Y=0.3R+0.59G+0.11B大量的试验证明了它的正确性，说明一定比例的红、绿、蓝三基色混合产生白色，白色的亮度为三基色亮度的和。色差信号，由上式可知：Y、R、G、B只要有三个就可以表达图像的色彩。Y就是黑白电视的亮度，保证Y信号的产生和单独的显示就可实现与黑白电视的兼容，彩色电视的关键就成了如何将彩色信号迭加到Y信号上，又不影响它。彩色图像的分色由光学系统完成，光电转换后成为电信号〔详见下讲〕，经编码产生Y、U、V信号。为编码方便设：U=Y-B、V=Y-R两个信号，称色差信号。频谱交错，将高频的色度信号与Y信号相加，既要不影响Y信号，又要不增加电视信号的带宽。电视原理15电视原理

电视制式，用扫描方式和彩色信号的复合方式来表示。我国现行电视制式为：CCIR625/25、PAL制。显然，黑白电视只用扫描来表示，世界上现在主要有两种扫描方式〔CCIR、EIA〕。有三种彩色信号的复合方式，可以组成多种电视制式，世界上现有NTSC、PAL、SECAM三种制式。上面讲的是根本原理，其实PAL制彩色电视色度信号的频谱也是错开的，相隔1/2行频。它们与Y信号是相隔1/4行频交错在一起。这样的彩色电视信号，对于黑白电视只能显示亮度分量，色度分量成为干扰，副载波的选择〔f=4.43361875MHz〕和抑制使干扰的视觉效果减到最小。对于彩色电视要采用梳状滤波器将亮度与色度信号别离。然后解调出两个色差信号。再通过解码电路产生三个基色信号，并且分别进行显示，合成彩色图像。如上所述彩色的合成是在显示设备中完成，而且是在进行光电转换的过程中完成的。实质上合成是由人眼实现的。16视频监控系统的组成

系统三个组成局部〔环节〕前端设备－摄像、镜头、方位、防护、控制、辅助等。图像信息的采集〔信源〕，限定系统的图像质量。传输环节－光发/收、补偿、中继、调制、去干扰及线缆等，决定系统的范围，构成大系统的关键环节。系统〔中心室〕设备－显示、存储、分配、合成、迭加信息、控制〔遥控〕、远程传输〔网络)等。系统人机交互(观看、操作)的界面。17摄像机和配套设备

摄像机原理摄像机评价和主要技术指标安防摄像机摄像机配套设备18摄像机原理摄像机电视系统的关键设备，实现图像生成〔信息采集〕；根本上决定整个系统的图像质量。

摄像器件摄像机的核心，摄像器件完成两个转换：光电转换，通过光电转换材料的物理特征；将空间域信号转变为时间域信号〔生成电视信号〕。摄像器件的开展就是摄像机的开展过程。从视像管到固体器件的变化是电视技术的革命性的进步。从功能、性能、可靠性、经济性都有了很大的提高。极大的推动了电视技术的进步和应用领域的拓展。

19

典型的摄像器件：CCD〔电荷耦合器件〕，MOS电容是CCD的根本单元。它具有三种功能：光子光电转换，当光辐照时，电极产生〔光〕电子。存贮电荷，电极正电压电子氧化〔绝缘〕层形成势阱可存贮电荷。P型硅势阱〔耗尽层〕转移电荷，由电极电压控制实现电荷转移。这MOS电容一过程称为电荷耦合，器件因此得名。

摄像机原理20摄像机原理电荷转移；

P1P2P3P1P2P3

t=t1

t=t2t=t3t=t4

t1t2t3t4P1

P2

P3

t21上图示出了CCD器件电荷转移的原理。利用这个原理可以将空间域的电信号〔电荷量〕按一定的顺序读出来，形成时间域的电信号。这一过程与电视扫描是一致的。电子枪感光垂直单元转移电真空〔移子玻壳位寄束存器〕信号输出靶面水平转移〔移位存放器〕〔光电转换〕IT〔行间转移〕器件的电荷转移视像管的电子束扫描摄像机原理22摄像机原理

几种转移方式：行间转移(IT)方式，上图所示、由感光部份〔光电转换单元〔像素〕的阵列〕、垂直移位存放器、水平移位存放器和输出电路组成。其电荷转移过程是：在场扫描期间〔正程〕各单元接受光照，积累电荷；在场扫描逆程各单元的电荷转移到垂直移位存放器，失去电荷的光电转换单元重新积累电荷；垂直移位存放器中的电荷那么在行扫描逆程中，每次一行向水平移位存放器转移；在行扫描正程时，水平移位存放器逐个像素的输出电荷，在输出电路形成图像信号。目前IT方式的器件是监控用摄像机采用最多的摄像器件。23幀转移(FT)方式，由感光〔成像〕区、和相同像素的存贮区两部份组成。其电荷转移过程是：在场扫描期间〔正程〕感光区接受光照，积累电荷；在场扫描逆程〔消隐〕所有电荷全部转移存贮区；然后、在行扫描感逆程中，每次一行逐行向水平光移位存放器转移；在行扫描正区程时，水平移位存放器逐个像存素的输出电荷，在输出电路形贮成图像信号。区FT的电荷转移过程输出

摄像机原理24FIT方式。上两种方式的结合。由感光区〔光电转换单元〔像素〕的阵列〕、垂直移位存放器、存贮区和水平移位寄存器和输出电路组成。其转移过程是：在场扫描期间〔正程〕感光部份接受光照，积累电荷；在场扫描逆程〔消隐〕所有电荷先转移到垂直移位存放器，再全部转移存贮区；然后、在行扫描逆程中，每次一行逐行向水平移位存放器转移；在行扫描正程时，水平移位存放器逐个像素的输出电荷，在输出电路形成图像信号。FIT的电荷转移过程

摄像机原理25摄像机原理

几种转移方式的比较：IT方式，芯片利用率高，但灵敏度低，通过片上透镜技术和材料的高纯度得到了改善。电荷转移过程受感光部份的干扰小，图像质量好。是应用最多的器件。FT方式，光敏区面积大，灵敏度高，但转换过程受光照影响，S/N差。监控用摄像机采用较少。FIT方式，结合了上两者的优点，但价格高，是高档摄像机的主要器件。

CCD器件已是非常成熟的器件，可靠性高、本钱低。目前是监控摄像机的主流器件。26摄像机原理CMOS摄像器件：完成光电转换，并将电荷存贮起来的是光敏二极管〔与电容〕阵列。与每个单元对应的开关晶体管阵列那么完成类似扫描的功能，将存贮的电荷读出来，形成图像信号。

水平开关图像信号一个像素

垂直开关27摄像机原理

CMOS与CCD的比较：利用寻址的方法，按扫描的顺序逐个像素的读出电荷量，其结构类似DRAM.光敏区面积大，灵敏度高，但不易生产高像素器件。但目前已有了很大的提高。工作电压低、转移速度快。每个开关晶体管性能的微小差异都会产生固定的图形杂波，不适于制造高档摄像机。与IC的工艺相同，利于高集成度的生产。将摄像器件与信号处理电路集成在一起。最近进步很快、在、WEB摄像机中得到了应用。28摄像机的电路是以摄像器件为核心设计的：摄像器件的外围电路，在时序信号的控制下产生CCD各驱动电极的工作电压〔15V〕。同步电路，生成同步信号，并由此产生时序信号。图像信号处理电路，预放后进行图像信号处理，最后与同步信号复合，产生视频信号。视频信号输出CCDAGCγEI

CMOS摄像机的电路与之根本相同，主要差异是时序信号控制电路产生X、Y的寻址控制电压，控制开关，读出光敏单元的电信号。预放驱动时序信号发生电路同步电路视频通道电源摄像机原理29摄像机原理

视频处理主要是AGC、γ、EI：自动增益控制(AGC)根据进光量〔与图像信号成正比〕，调整视频通道的增益，保持视频输出的稳定。γ校正对显示系统电光转换非线性的补偿，是一种预失真处理。电子光圈(EI)利用CCD的溢出控制功能，通过泄漏掉积累的电荷，改变每场电荷积累的时间，起到相当于改变镜头光圈的作用。采用数字处理技术(DSP)的模拟摄像机，在视频信号处理时先将模拟信号A/D转换，在数字方式下进行各种处理，最后经D/A转换，仍输出模拟视频信号。30

彩色摄像机光学分色，根据三基色原理，利用光学系统对图像分色是实现彩色电视的前题。镜头分光方式、专业摄像机采用的方式。镜头分光镜R入射光G

分光镜B镜头分色系统分色棱镜这种分色显然适用于三片〔三片CCD〕机，分别产生三基色图像信号〔三个基色的亮度〕。如果采用同时制，三个图像信号并行传送，在接收端混色、显示。摄像机和电视机就简单的多了。但为了与黑白电视兼容，没有这样作。摄像机原理31滤光片分色方式、大多单片摄像机的方式。在CCD光敏单元〔像素〕前加滤光〔色〕片，可用一个CCD芯片产生R、G、B图像信号。基色滤光法、相当于对各基色分量进行调制，由于人眼对R、B分量GCFS滤色器不灵敏，对它们采用低采样频率。彩色信号频率不高于1.3MHz。补色滤光法、W全透、G透绿、Y透黄、C透青。这样的排列产生频谱交错的效果。输出也是调制信号，利用调制频率和相位的不同，补色滤色器就可以别离它们。RGBGGRGBRGBGGRGBWGWGWGWGWGWGYCYCYC

YCYCYC

WGWGWG

WGWGWG摄像机原理32摄像机原理彩色编码，通过分色的三个基色图像信号，可由三个芯片分别输出，也可由一个芯片读出后别离开来。三个色信号按电视制式的规定，形成Y、U、V信号，并对色度信号进行调制与Y进行混合〔频谱交错〕，成为复合视频信号〔全电视信号〕。这一过程称为彩色编码。是彩色摄像机的主要电路。彩色摄像机的电路框图〔单片机〕全电视信号滤色器CCD

单片彩色摄像机预放驱动时序信号发生电路同步电路电源彩色别离编码视频电路33可以看出彩色摄像机与黑白方式的根本差异是处理三个图像信号，最后形成一个与黑白兼容的全电视信号。下面说明PAL彩色信号的形成，既彩色编码的概念。

YRPAL信号

GB-Y

BR-Y副载波

PAL信号的形成矩阵〔电阻网络〕平衡调制时延4.43陷波平衡调制1.3M低通1.3M低通带通加法器加法器摄像机原理34摄像机评价和主要技术指标摄像机的根本评价：功能：AGC、白平衡、EI、背景补偿、自动转换等；性能：主要技术指标，CCD的规格〔成像面、像素、型号〕；与外设的接口：镜头接口、自动光圈输出、PC接口、适应电源等；环境适应性：对气候环境及防护设备的要求；其它功能：一体机、自动转换等；价格：经济的因素也是很重要的。35摄像机评价和主要技术指标摄像机的主要技术指标：

视频输出由信号的幅度、极性及输出阻抗表示，电视标准规定应为：1VP-P、正极性、75Ω。通常采用半功率法测量其低频值。分辨率〔水平〕在与图像高度相同的宽度上可以分辨的黑白相间的线数，以TVL表示。测量时、要注意图像〔测试卡〕的对中、满屏，由于图像扫描线是规定的，一般不表示垂直分辨率。CCD等像素化的器件，其分辨率可以推算出来。灰度鉴别等级〔灰度等级〕图像从最黑到最白之间能够区分的亮度等级。测量时一定要同时显示出各个亮度台阶。信噪比〔S/N〕图像信号峰峰值与噪声信号有效值的比，如下式：S/N=20lg0.7/N。视频信噪比要用专用仪器来测量。

36摄像机评价和主要技术指标最低可用照度当输出图像信号幅度降至额定值1/10时的景物照度。这个量是与摄像机配用镜头的相对孔径有关。在表述测量结果时，要同时表述。动态范围有时域、空域两个概念，前者可通过自动光圈、EI来表示和测量；后者是安防应用最重视的标，还没有统一的标准和测量方法，各厂家的解释也不同。几何失真扫描非线性造成的图像失真，像素化器件没有这个指标。彩色复原性彩色机的指标，用幅度和相位失真来表示，通常不进行测量。

37安防摄像机视频平安监控系统要求摄像机在各种环境条件〔公开、隐蔽，光照、气候〕，特别是非正常条件下均能获得良好的图像，主要要解决低照度和大动态范围条件下的图像获取。从提高摄像器件性能、改便信息获取方法、人为制造适用环境等方面对通用摄像机加以改造，形成了具有平安监控特点的安防摄像机：高灵敏度摄像机、黑白/彩色自动转换机、主动红外摄像机、宽动态摄像机、远红外摄像机、微光摄像机38安防摄像机高灵敏度摄像机HADCCD(空穴积累CCD)去掉ITCCD像素单元的电极和绝缘层，边上电极在MOS电容中形成PN空穴,降低了吸收和噪音，灵敏度提高2个数量级。已广泛用于EMCCD(电子倍增CCD)在最后一次电荷转移时，通过加几十到100V高压转移电荷产生碰撞电离，灵敏度也提高2个数量级。TDCCD(时间延迟CCD)通过增加电荷采集时间提高灵敏度,关键是降低噪声。通过提高材料纯度和数字降噪技术实现。目前只能用于低幀率。黑白/彩色自动转换机属高灵敏度摄像机，所谓自动转换就是在照度低到一定值不能再真实复原彩色时时，自动把滤光片转下来。39安防摄像机主动红外摄像机、最简便的方式，工作在近红外段。其实它是主动照明的方式，利用人眼对红外不觉察，而CCD摄像器件仍有响应的特点，实现隐蔽的摄像〔0照度〕。关键设备是光源，一是光谱范围适应摄像机的响应，0.78~0.9µ又无红暴。二是照明范围要与摄像机视场相匹配。摄像机的选择要注意是否有较好的红外响应。黑“人眼特性、橙：CCD响应、红：LED光谱普通镜头有吸收和色差现象，就会使红外光的图像变得模糊。实际使用时，应采用宽光谱镜头，或在从可见光转到红外摄像时进行自动的调节40安防摄像机宽动态摄像机宽动态范围是安防摄像机的突出特点，指对光照变化的适应，有时间域和空间域两种变化。空间域的光照变化通常采用背光抑制技术，通过摄使一幅图像中观察对象与背景之间具有不同的增益〔视频通道的放大量〕，从而均衡画面的亮度。大多摄像机通过OSD进行多区的设置，但作用有限。双扫描，所谓双扫描就是双快门〔曝光〕技术，对一幅图像产生一个高曝光图像，以获得低照度区的图像细节；和一个低曝光的图像，以获得到高照度区的图像细节。然后、通过图像处理形成一个均衡的图像，从而极大的提高动态范围。多重取样技术，它采用新型的DPS器件，对图像的每个像素进行分别的处理，决定它的曝光量，使全图像亮度均衡。这些技术的实质是进行图像直方图〔亮度密度分布〕的变换，使其符合人眼的最正确视觉特性。41

摄像机配套设备电视系统前端设备的核心是摄像机。所有配套设备都是为保证摄像机能获得最正确的图像。其中镜头将景物成像在焦平面〔摄像器件的成像面〕是摄像光电转换的前题，因此、也是摄像机最重要的外围设备。镜头,由一组透镜和光阑组成的光学器件。它与摄像机配合实现三项根本功能：成像从图像的角度是取景，确定视场范围。进光量控制通过光圈调节、或与摄像机配合实现进光量控制，以适应各种光照条件。确定应用方式针对不同的应用和安装方式，镜头有不同的型式和结构，以便安装、隐蔽或在特殊的条件下应用。42摄像机配套设备镜头的根本参数:焦距一束平行光线通过镜头后，会聚在光轴上的一点，该点为镜头的焦点〔F〕。焦点到镜头主面〔中心〕的距离称为焦距〔f〕。焦点到镜头最后一片镜中心的距离称为后截距。焦距是设计时确定的参数，它决定物与像的比例大小。一般说：焦距长、目标的像大，反之亦然。当然目标在图像中的大小还与摄像器件的成像面有关。焦距与镜头的景深成反比关系，在相同相对孔径时，焦距长，景深范围小，反之亦然。43摄像机配套设备相对孔径入射光瞳的直径D与焦距f的比值〔D/f〕。在镜头中限制光线进入镜头的孔阑称为入射光瞳，在一摄像镜头中，入射光瞳是第一片镜的直径；在小孔镜头中那么是其前端的小孔。相对孔径反映镜头的光能传递特性，决定镜头的集光能力，相对孔径大，集光能力强。成像面的照度与相对孔径平方成正比。相对孔径的大小影响镜头的分辨率，相对孔径大，分辨率高。相对孔径与景深的关系是：相同焦距时，相对孔径大、景深小。相对孔径的表示、以D为1，标明1：f/D。通常以f/D为相对孔径值，那么数值越小，相对孔径越大。每档值成√2倍，进光量那么为加倍关系。

44摄像机配套设备成像面尺寸镜头的设计参数，即镜头在焦平面成像的直径。镜头的成像面应与摄像器件的成像匹配，可大不可小。通常以英寸表示。光圈范围相对孔径的另一种表示〔f/D〕。对可变光圈〔自动、手动〕的镜头要给出变化范围的标注，或给出最大相对孔径。接口规格镜头与摄像机机械接口。这是与国际标准一致的，包括螺纹规格、靠面尺寸、装座距离及公差等。有C、CS两种规格，除装座距离〔与后截距相关〕不同外，其余均相同，螺纹均为英制1“-32UN。C接口、装座距离〔安装基准面到像面的空气光程〕为：17.52cm；CS接口、装座距离为：12.52cm。

45摄像机配套设备视场角的计算，镜头视场角的参数表示镜头本身视场的范围，与摄像器件配合后，电视图像的视场角还与摄像器件成像面的尺寸有关，显然有两个视场角：水平视场角、垂直视场角。景物成像的大小的计算与视场角的计算方法相同〔比例三角形〕。景物像高：h=Df/L物镜头像〔成像面〕DHhLfW水平视场角：α水平=2tg-1(W/2f)垂直视场角：α垂直=2tg-1(H/2f)CCD规格WH2/3“8.86.61/2〞6.44.81/3〞4.83.61/4〞3.22.446摄像机配套设备镜头的分类可从光瞳形式、光圈范围和调节方式、焦距范围及调节方式、光谱响应及镜片结构和材料几个方面进行，主要有：普通镜头一般指定焦、定光圈〔或手动光圈〕且焦距在中间范围、并有聚焦调节的镜头。应用最多、价格也最低。自动光圈镜头光圈可自动调节的镜头，这种镜头一般要与摄像机接口，受摄像机的输出控制，调节光圈。其光圈的调节范围决定摄像系统的动态范围〔适应照度变化〕。变焦距镜头焦距可以调节的镜头，有手动和电动两种。镜头焦距的改变会使其相对孔径改变，因此、好的镜头应能自动调节以保证其根本不变。一般用镜头可调节的参数量来标注镜头，如三可变镜头是指：可调焦距、光圈和聚焦。47摄像机配套设备小孔镜头公安业务应用较多的器材。它与普通镜头的根本差异是入射光瞳的设计，小孔镜头把入射光瞳的位置设在第一片镜的前端〔前入瞳〕，而且很小，这样镜头前端就形成了一个锥形，锥孔的大小只影响进光量，不影响视场。在光照条件好时，孔可以很小〔1mm左右〕，为隐蔽安装创造了好的条件。小孔镜头还应具有以下特殊要求：镜头的直径和长度应有多种规格；镜头的光轴应可以改变，即可以折弯；镜头的锥角在不切割视场的前题下，要尽可能的小。所有这些都是为了适应各种条件、便于安装和获得好的图像。一般小孔镜头都配有预制件和其它便于定位、固定、安装的附件。48摄像机配套设备紫外、红外镜头应用于可见光外波段成像的镜头，波长分别为：紫外200~380nm；红外760~1300nm。这些镜头与照相机配合，使用对不同光谱敏感的胶卷，可以得到人眼不易觉察的图像，应用于文检、现场痕迹检验非常有效，也应用于摄像系统，将非可见光图像转换为可见光图像。镜头设计的要点是材料的选择。对于紫外或红外镜头工作波长范围较小是很容易实现的。目前应用较多的宽光谱镜头光谱范围从紫外一直到红外，设计的难度是很大的。除了材料的选择外〔通常采用石英玻璃和氟化钙晶体〕，还要考虑由于光谱差异造成的色差的消除。主要采用复消色差法〔两种透镜相对色散近似相等〕，因此这种镜头也称复消色差镜头。49摄像机配套设备非球面镜头经典镜头不同的新镜头，上面介绍的镜头都是由一组透镜组成的、其中每一个透镜都是球面镜〔镜面为球面〕。显然非球面镜头打破了这个概念，其中局部镜片采用非球面。它简化、优化了镜头，但不能采用传统工艺，对材料也有更高的要求。目前非球面镜头已普遍用于照相机，电视镜头也开始采用。折射率变化镜头经典镜头采用折射率均匀的材料，通过曲面〔使光的入射角不同〕实现光线的会聚、成像。因此、也称几何光学。利用材料本身折射率分布的变化〔如同梯度光纤〕可以实现光线的会聚、成像。这就是折射率变化镜头。设计方法是折射率光学。传像束、也是一种光学器件，利用单根光纤的传光功能，将大量的光纤成束排列既可传像。传像束在直接观察和耦合摄像器件上有广泛的应用。50摄像机配套设备一体机主要通过摄像机与外设的组合〔厂家完成〕而成。摄像机与镜头组合摄、镜一体，大变倍镜头是特点；摄像机与防护组合主要是球型外壳的摄像机；摄像、镜头、防护、方位的组合主要是指各种带方位调整的球机，有些还包括内置解码驱动器。是功能最完整、真正意义的一体机。网络摄像机内置编码器、网卡，可以直接进行网络连接，也可认为是一种一体机。目前关于一体机还没有明确的定义，都是习惯的叫法。摄像机的分类有不同的方法，把一体机、球机与暗光摄像机、宽动态摄像机等放在一起分类是不科学的。如球机、枪机只是外防护的结构不同，摄像机是一样。51视频信号的传输

安防系统需传输信号是摄像机输出的基带信号和控制器发出的控制信号。基带信号由两个局部组成：图像信号，正极性、标称幅度为0.7VP-P与景物每一点〔摄像器件的每一像素〕的亮度相对应。是图像的根本信息。同步信号，负级性、幅度0.3VP-P。表示时域信号中每点〔时刻〕对应的空间位置。色同步信号，包含10个副载波周期，幅度为0.3V视频带宽，6MHz。控制信号为窄带数据信号。图像信号的传输要求保证信号幅度和信噪比,无频率失真,无相位失真.控制信号的传输要求准确52

传输介质传输方式特点适用范围

基带传输设备简单、经济、可靠、近距离、加补偿可达同轴电缆易受干扰。2km。调幅、调频抗干扰好、可多路、较复杂。公共天线、电缆电视。基带传输平衡传输、抗干扰性强、近距离、可利用电话线。双绞线图像质量差。（电话线）数字编码传送静止、准实时图像、抗干报警系统、可视电话。扰性强、也可传输基带信号。可利用网线。

基带传输IM直接调制、图像质量好、应用电视、特别是大型系光纤传输抗电磁干扰好。统。

PCM频分多路（FDM）干线传输。

WDM波分多路、双向传输。微波调频灵活、可靠、易受干扰和临时性、移动监控。建筑遮挡。光波调幅

网络数字编码实时性、连续性要求不高时远程传输、系统自主生成、

TCP/IP可保证基本质量。临时性监控。

视频信号的传输53图像信号的显示与记录显示器概述平板显示器显示器主要技术指标视频图像记录方式数字视频压缩简介数字视频记录设备的评价54显示器概述

图像显示在目视解释系统中是图像系统的最后环节。对图像质量有很大的影响。图像显示与图像生成是完全相反的过程，技术上是相对〔扫描、同步〕、相逆〔解码、电/光转换〕的。图像显示技术在一段时期内相当经典，显像管占主导地位。近年来平板显示和投影开展很快，显示设备逐渐像素化。专用监视器与普通电视机的目标不同、应用方向不同，但电视机的价格、可靠性是有优势的，能满足大多数应用。利用CRT显示数字视频信息应用很多，VGA是根本的显示格式。55平板显示器

各种平面显示设备开展很快，大有取代CRT的趋势。它们是像素化设备，易于与数字视频接口，屏幕尺寸大、无几何失真，观看效果好，越来越普及。主要有：液晶显示器〔LCD〕等离子体显示器〔PDP〕背投影机56平板显示器

液晶显示原理：由LCD后面一组日光灯管发光，经一组菱镜片与背光模块，将光源均匀地传送到前方依照所接收的图像信号，液晶层内的液晶分子会作相对应的排列，决定光线通过〔偏振〕或阻隔，因此形成图像。LCD显示器的缺乏：主要是响应时间，是指像素由亮转暗再由暗转亮所需的时间。一般LCD需要25ms以上，对高速率图像的显示会有出现拖尾。再一个就是可视视角较小，一般LCD视角为60度左右，而其它平面显示器可达180度。57等离子体显示器〔PDP〕

基于气体放电的显示：在有一定压强的某种气体的容器内置两个电极，加一定电压时就会产生放电。阳极区会有紫外光发出，用来激发〔荧光粉〕发光，形成等离子体显示屏。实际屏由三块薄的平板玻璃组成，中间一块称为孔板上面有矩阵形式的小孔，孔板紧夹在两侧的玻璃板中间。小孔被抽成真空，装入一定压强的氖和氮的混合气体，两侧玻璃的外外表镀有平行透明的导电电极，两组电极相垂直，且正好盖在小孔上面。每个小孔与两边的电极一起构成一个放电单元。58等离子体显示器〔PDP〕两组平行电极中垂直的电极条确定放电单元(像元)的X方向位置，水平电极条确定像元的y方向的位置．在一对选定的电极加上一定的交变电压，相应的小孔(像元)就会产生放电而发出光来。PDP大屏型薄、体小、重轻、大视角、无Ｘ射线辐射、无几何畸变、高亮度、高比照度、亮度均匀、彩色逼真，适应数字图像显示。59背投影技术、投影机利用反射原理将影像放大投影到电视屏幕上。背投影技术从以往CRT三枪背投影，演进到目前三种数字投影方式：DLP(DigitalLightProcessing)数字光源处理器；LCOS(LiquidCrystalOnSilicon)硅液晶显示面板，硅芯片加上液晶的技术；LCD为高温多晶硅的制造技术。DLP投影机的概念，新的投影技术，打破了液晶投影的垄断局面，DLP技术的核心就是用DMD〔DigitalMicromirrorDevice〕数字微镜装置〔TI专门生产〕来替代投影机中普通的成像器件。比传统的模拟投影机有更高的亮度，是组成超大显示屏的最好选择。

背投影机

60DMD〔DigitalMicromirrorDevice〕数字微镜装置〔TI专门生产开发的一种特殊半导体元件〕，一个DMD芯片中含有许多微小的正方形反射镜片，这些镜片中的每一片微镜〔16×16μm〕都代表一个像素，镜片与镜片之间按照行列的方式紧密排列的，并由相应的存储器控制在开或关的两种状态下切换转动，从而控制光的反射。DMD作为光学成像器件，来调制投影机中的视频信号，驱动DMD光学系统，通过投影透镜来完成数字投影显示的。它的光学成像局部总的光效率高达60%左右，比传统的模拟投影机有更高的亮度。根据DLP投影机中DMD数字微镜的片数，分为单片、二片和三片机。背投影机61显示器主要技术指标

水平分辨沿水平方向分辨图像细节的能力。主要与视频通道的带宽有关〔1M=80TVL〕。亮度鉴别等级从最黑到最白之间能够区分的亮度等级。光栅的几何失真图像的几何失真〔空间位置的失真〕主要由扫描系统的缺陷所致，与荧光屏非平面也有关系〔像素化、平面显示没有这个失真〕。同步范围保持图像稳定的同步频率范围。是监视器的重要指标。彩色复原性用主观评价方法，观察标准彩条信号的显示效果。62视频图像记录方式

视频信号记录设备的出现是电视技术开展的重要阶段，扩大了应用，极大提高了图像信息的价值。磁带录像机是电视技术重大的创造，使电视真正成为第三媒体。同时、在各个领域都得到了应用和普及，特别在家用方面取得了巨大的市场效益。DVR〔数字视频记录设备〕是以数字视频技术为根底的、以磁盘为介质的记录方式。在平安领域最先得到认可和应用。成为平安技术很有特色有产品。利用FLASH和DRAM进行图像信号的存贮是许多视频处理技术的必要条件，如图像合成、切换、处理、识别等。63数字视频记录设备DVR数字视频记录设备〔DVR〕：以磁盘为介质记录压缩视频信号。主要应用于平安领域，不同于播送电视中的数字视频记录设备。图像压缩技术是DVR的核心。通常DVR如下分类：机型操作系统压缩方式功能网络功能基于PCWINMPG画面组合ADSL、LINUXH.26X遥控DDN、单机RTOSJPEG视频探测IP/TCP各机型无本质差异，无优劣之分，适用于不同要求。欧美分类为：效劳器型、客户机型、编解码器型。主要是依设备的功能、容量和存贮能力来。DVR对于中小系统可以作为系统的控制设备，集画面组合、记录、遥控及探测为一体。在分布式系统中可作为节点设备，实现远程监控。64数字视频压缩简介压缩编码技术是数字视频的关键，是多个学科〔电视、计算机、通信〕共同追求的目标。从1952年贝尔实验室〔CUTLER〕DPCM研究开始，视频压缩编码技术已经有50年的历史。视频信息存在冗余是压缩技术的前题。逐渐形成的三大经典技术〔变换编码、预测编码、熵编码〕就是消除视频信息的空域冗余、时域冗余和统计冗余〔表达冗余〕。基于这些技术，逐渐形成了以块为单元的预测加变换的混合编码架构。目前，所有的编码标准都是基于这个架构。它们的开展规律是：以更高算法复杂度〔计算复杂性〕来换取编码〔压缩〕效率的提高。65数字视频压缩简介

压缩方法〔标准〕主要有三个系列：JPEG〔专家组〕：ISO/IEC10918针对静止图像、不规定分辨率，DCT、线性Q、熵编码。M-JPEG、帧间处理、4:2:2、20倍压缩。JPEG-2000、15444-1超压缩功能〔100〕、无损与有损码流层进解码、层进传输、码流任意调用处理、平安保护。MPEG〔专家组〕：MPEG111172针对VCD、CD-ROM、4:1:1、26倍、0.5-1b/p、1.2Mbps。MPEG2、13818针对DVD、HDTV、P、B帧、MC自适应量化，4:2:2、3-10Mbps。MPEG4、多媒体、高压缩比、5-64kbps。不规定编码、规定工具、通过工具组合形成算法和层级AVO的概念、基于目标的编码、静止目标采用小波算法。H.26X系列、ITU标准，规定介质数据率，其它要素与上相同。66数字视频压缩简介AVS是与MPEG/AVC或H264相当的标准，特点是：8X8变换和64级量化；帧内预测，用相邻块的像素预测当前块，亮度块采用5种预测模式，色度块采用4种预测模式；多模式帧间预测〔16X16、16X8、8X16、8X8〕；采用4抽头滤波器进行，半像素和1/4像素补偿；参考帧，AVS的P帧2个参考帧，B帧采用前后各一个参考帧；熵编码。帧内测试环路滤波熵编码运动估值Q/IDCTMCDCT/Q++帧存67数字视频记录设备的评价

DVR的评价分为根本型、专业型、综合型三类，Ｂ、Ａ两级。主要功能和参数有：功能记录、回放全双工，报警联动，图像检索，权限管理，数据保密，日志功能，叠加图像标识信息和时间，视音频同步，外围设备控制；图像多画面显示，视频入侵检测，系统控制，系统〔故障〕自检，故障报警，网络传输、分控与报警予录，区域遮挡；大容量、多路输出切换，综合监控系统管理，带报警联动的电子地图显示，多个完整的监控系统的管理，图像信息复制，模拟视频输出。

68数字视频记录设备的评价

图像质量Ｂ级Ａ级分辨率（像素）＜７０４×５７６≧７０４×５７６信噪比≧２８ｄB≧３５ｄB监视水平分辨力≧２７０TVL≧４００TVL回放水平分辨力≧220TVL（≮２５帧/s）≧300TVL（≮２５帧/s）69

视频监控系统的模式视频监控的根本模式：集总式和分布式两种。集总式系统:最经典、最常用的模式。根本特征是：所有的图像信号都传送(连接)到一个中心(设备)点，典型的是视频矩阵。通过矩阵对图像信号切换和分配实现各种显示方式，并将图像信号传送至其它需要共享图像资源的地点。它的网络结构是标准的星形结构。系统中的信息流是基带视频信号，所以、人们认为它是模拟系统的代表方式。以视频效劳器或网络数字视频矩阵为中心，可以构成数字化的集总式系统，但它表现不出数字视频的特点和优势。多级星形结构也是集总式系统的一种形式，适用于分级管理的场合。这种结构实现系统图像资源的充分共享较困难。70

视频监控系统的模式

集总式系统结构：根本系统：星形结构：

前端设备中心设备前端设备前端设备前端设备前端设备前端设备中心设备前端设备前端设备前端设备分中心分中心分中心中心设备分中心分中心分中心71视频监控系统的模式72

视频监控系统的模式集总式系统的主要特点：系统〔监控中心〕拥