电视监控系统的前端设备基础知识

电视监控系统的前端设备基础知识一、\o"摄像机"摄像机是获取监视现场图像的前端设备，它以面阵CCD图像传感器为核心部件，外加同步信号产生电路、视频信号处理电路及电源等。近年来，新型的低成本MOS图像传感器有了较快速的发展，基于MOS图像传感器的\o"摄像机"摄像机已开始被应用于对图像质量要求不高的可视电话或会议电视系统中。由于MOS图像传感器的分辨率和低照度等到主要指标暂时还比不上CCD图像传感器，因此，在电视监控系统中使用\o"摄像机"摄像机仍为CCD\o"摄像机"摄像机。摄像机具有黑白和彩色之分，由于黑白摄像机具有高分辨率、低照度等优点，特别是它可以在红外光照下成像，因此在电视监控系统中，黑白CCD摄像机仍具有较高的市场占有率。顺便指出，在各商家列出的闭路电视监控器材清单中的摄像机通常都是不带镜头的（一体化摄像机除外），因此在实际应用中，应根据监控现场的实际环境及用户要求，为摄像机配合适的镜头。黑白CCD摄像机的主要参数在电视监控系统中选择摄像机，一般要看几个主要的参数，即分辨率、最低照度和信噪比等，另外还要考虑摄像机的附带功能及价格和今后服务等因素。以下对摄像机的几个主要参数作一介绍。CCD尺寸及像素数CCD尺寸指的是CCD图像传感器感光面的对角线尺寸，早期的CCD尺寸比较大，为lin、2/3in和1/2in等几种，因而近年来用于电视监控\o"摄像机"摄像机的CCD尺寸以1/3in为主流。像素数指的是摄像机CCD传感器的最大像素数，有些给出了水平及垂直方向的像素数，如500H*582V，有些则组出了前两者的乘积值，如30万像素。对于一定尺寸的CCD芯片，像素数越多则意味着每一像素单元的面积越小，因而由该芯片构成的摄像机的分辨率也就越高。例如，在电视监控摄像机中使用的CCD传感器的像素有的已达到48万像素。分辨率分辨率是衡量摄像机优劣的一个重要参数，它指的是当\o"摄像机"摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时，在监视器（应比摄像机的分辨率高）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能再辨出黑白相间的线条。工业监视用摄像机的分辨率通常在380~460线之间，广播级摄像机的分辨率则可达到700线左右。低照度低照度指的是当被摄景物的光亮度低到一定程度而使\o"摄像机"摄像机输出的视频信号电平低到某一规定值时的景物光亮度值。测定此参数时，还应特别注明镜头的最大相对孔径。例如，使用F1.2的镜头，当被景物的光亮度值低到0.04lx时，摄像机输出的视频信号幅值为最大幅值的50%，即达到350mV（标准视频信号最大幅起来700mV），则称此摄像机的最低照度为0.04lx/F1.2。被摄景物的光亮度值再低，摄像要输出的视频信号的幅值就达不到350mV了，反映在监视器的屏幕上，将是一屏很难分辨出层次的、灰暗的图像。信噪比及伽玛校正系数信噪比也是摄像机的一个主要参数。其基本定义是信号对于噪声的比值乘以20log，一般\o"摄像机"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。CCD摄像机的信噪比的典型值一般为45~55dB。测量信噪比参数时，应使用视频杂波测量仪直接连接于摄像机的视频输出端子上。伽玛校正系数前面提到的γ值，其典型值为γ=0.45。现行摄像机大都采用了固定的γ值。黑白CCD\o"摄像机"摄像机的附带功能除了上述介绍的基本参数外，各品牌的摄像机大都还有一些附带的功能，如自动光圈接口、电子快门、自动增益控制、逆光补偿、线锁定同步及外同步等，下面简要介绍一下。电动光圈接口目前在市场上见到的标准CCD\o"摄像机"摄像机大都带有驱动自动光圈镜头的接口，其中有些只提供一种驱动方式（通常为视频驱动方式），也就是说，它只能配接VD型的自动光圈镜头，有些则可同时提供两种驱动方式（视频驱动和直流驱动）型接口（这一点要切记，否则用C型镜头直接往CS接口摄像机上旋入时极有可能损坏摄像机的CCD芯片）。安装镜头时，首先去掉\o"摄像机"摄像机及镜头的保护盖，然后将镜头轻轻旋入摄像机的镜头接口并使之到位。对于自动光圈镜头，还应将镜头的控制线连接到摄像机的自动光圈接口上，对于电动两可变镜头或三可变镜头，只要旋转镜头到位，则暂时不需校正其平衡状态（只有在后焦聚调整完毕后才需要最后校正其平衡状态）。调整镜头光圈与对焦关闭\o"摄像机"摄像机上电子快门及逆光补偿等开关，将\o"摄像机"摄像机对准欲监视的场景，调整镜头的光圈与对焦环，使监视器上的图像最佳。如果是在光照度变化比较大的场合使用摄像机，最好配接自动光圈镜头并作摄像机的电子快门开关置于OFF。如果选用了手动光圈则应将\o"摄像机"摄像机的电子快门开关置于ON，并在应用现场最为明亮（环境光照度最大）时，将镜头光圈尽可能开大并仍使图像为最佳（不能使图像过于发白而过载），镜头即调整完毕。装好防护罩并上好支架即可。由于光圈较大，景深范围相对较小，对焦距时应尽可能照顾到整个监视现场的清晰度。当现场照度降低时，电子快门将自动调整为慢速，配合较大的光圈，仍可使图像满意。在以上调整过程中，若不注意在光线明亮时将镜头的光圈尽可能开大，而是关得比较小，则\o"摄像机"摄像机的电子快门会自动调在低速上，因此仍可以在监视器上形成较好的图像；但当光线变暗时，由于镜头的光圈比较小，而电子快门也已经处于最慢（1/50s）了，此时的成像就可能是昏暗一片了。后焦距的调整后焦距也称背焦距，指的是当安装上标准镜头（标准C/CS接口镜头）时，能使被摄景物的成像恰好成在CCD图像传感器的靶面上，一般摄像机在出厂时，对后焦距都做了适当的调整，因此，在配接定焦镜头的应用场合，一般都不需要调整摄像机的后焦。在有些应用场合，可能出现当镜头对焦环调整到极限位置时仍不能使图像清晰，此时首先必须确认镜头的接口是否正确。如果确认无误，就需要对摄像机的后焦距进行调整。根据经验，在绝大多数\o"摄像机"摄像机配接电动变焦镜头的应用场合，往往都需要对摄像机的后焦距进行调整。后焦距调整的步骤如下：①将镜头正确安装到\o"摄像机"摄像机上。②将镜头光圈尽可能开到最大（目的是缩小景深范围，以准确找到成像焦点）。③通过变焦距调整（Zoom

In）将镜头推至望远（Tele）状态，拍摄10m以外的一个物体的特写，再通过调整聚焦（Focus）将特写图像调清晰。④进行与上一步相反的变焦距调整（Zoom

Out）将镜头拉回至广角（Wide）状态，此时画面变为包含上述特写物体的全景图像，但此时不能再作聚焦调整（注意：如果此时的图像变模糊也不能调整聚焦），而是准备下一步的后焦调整。⑤将摄像机前端用于固定后焦调节环的内六角螺钉旋松，并旋转后焦调节环（对没有后焦调节环的摄像机则直接旋转镜头而带动其内置的后焦环），直至画面最清晰为止，然后暂时旋紧内六角螺钉。⑥重新推镜头到望远状态，看看刚才拍摄的特写物体是否仍然清晰，如不清晰再重复上述第a、b、c步骤。⑦通常只需一两个回合就可完成后焦距调整了。⑧旋紧内六角螺钉，将光圈调整到适当的位置。二、镜头镜头是电视监控系统中必不可少的部件，镜头与CCD摄像机配合，可以将远距离目标成像在摄像机的CCD靶面上。镜头的种类繁多，从焦距上分类，可分为短焦距、中焦