在闭路监控系统中,摄像机又称摄像头或CCD(Charge Coupled Device)即电荷耦合器件。严格来说,摄像机是摄像头和镜头的总称,而实际上,摄像头与镜头大部分是分开购买的,用户根据目标物体的大小和摄像头与物体的距离,通过计算得到镜头的焦距,所以每个用户需要的镜头都是依据实际情况而定的,不要以为摄像机(头)上已经有镜头。
摄像头的主要传感部件是CCD,它具有灵敏度高、畸变小、寿命长、抗震动、抗磁场、体积小、无残影等特点,CCD是电耦合器件(Charge Couple Device)的简称,它能够将光线变为电荷并可将电荷储存及转移,也可将储存之电荷取出使电压发生变化,因此是理想的摄象元件。是代替摄像管传感器的新型器件。
CCD的工作原理是:被摄物体反射光线,传播到镜头,经镜头聚焦到CCD芯片上,CCD根据光的强弱积聚相应的电荷,经周期性放电,产生表示一幅幅画面的电信号,经过滤波、放大处理,通过摄像头的输出端子输出一个标准的复合视频信号。这个标准的视频信号同家用的录像机、VCD机、家用摄像机的视频输出是一样的,所以也可以录像或接到电视机上观看。
一、CCD摄象机的选择和分类
CCD芯片就像人的视网膜,是摄像头的核心。目前我国尚无能力制造,市场上大部分摄像头采用的是日本SONY、SHARP、松下、韩国三星,LG等公司生产的芯片。 因为芯片生产时产生不同等级,各厂家获得途径不同等原因,造成CCD采集效果也大不相同。在购买时,可以采取如下方法检测:接通电源,连接视频电缆到监视器,关闭镜头光圈,看图像全黑时是否有亮点,屏幕上雪花大不大,这些是检测CCD芯片最简单直接的方法,而且不需要其它专用仪器。然后可以打开光圈,看一个静物,如果是彩色摄像头,最好摄取一个色彩鲜艳的物体,查看监视器上的图像是否偏色,扭曲,色彩或灰度是否平滑。好的CCD可以很好的还原景物的色彩,使物体看起来清晰自然;而残次品的图像就会有偏色现象,即使面对一张白纸,图像也会显示蓝色或红色。个别CCD由于生产车间的灰尘,CCD靶面上会有杂质,在一般情况下,杂质不会影响图像,但在弱光或显微摄像时,细小的灰尘也会造成不良的后果,如果用于此类工作,一定要仔细挑选。
1、依成像色彩划分
彩色摄象机:适用于景物细部辨别,如辨别衣着或景物的颜色。
黑白摄象机:适用于光线不充足地区及夜间无法安装照明设备的地区,在仅监视景物的位置或移动时,可选用黑白摄象机。
2、依分辨率灵敏度等划分
影像像素在38万以下的为一般型,其中尤以25万像素(512*492)、分辨率为400线的产品最普遍。
影像像素在38万以上的高分辨率型。
机板型。 ***型。 半球型。
3、按CCD靶面大小划分
CCD芯片已经开发出多种尺寸:
目前采用的芯片大多数为1/3”和1/4”。在购买摄像头时,特别是对摄像角度有比较严格要求的时候,CCD靶面的大小,CCD与镜头的配合情况将直接影响视场角的大小和图像的清晰度。
1英寸——靶面尺寸为宽12.7mm*高9.6mm,对角线16mm。
2/3英寸——靶面尺寸为宽8.8mm*高6.6mm,对角线11mm。
1/2英寸——靶面尺寸为宽6.4mm*高4.8mm,对角线8mm。
1/3英寸——靶面尺寸为宽4.8mm*高3.6mm,对角线6mm。
1/4英寸——靶面尺寸为宽3.2mm*高2.4mm,对角线4mm。
4、按扫描制式划分
PAL制。 NTSC制。 中国采用隔行扫描(PAL)制式(黑白为CCIR),标准为625行,50场,只有医疗或其它专业领域才用到一些非标准制式。另外,日本为NTSC制式,525行,60场(黑白为EIA)。
5、依供电电源划分
110VAC(NTSC制式多属此类), 220VAC, 24VAC。12VDC或9VDC(微型摄象机多属此类)。
6、按同步方式划分
内同步:用摄象机内同步信号发生电路产生的同步信号来完成操作。
外同步:使用一个外同步信号发生器,将同步信号送入摄象机的外同步输入端。
功率同步(线性锁定,line lock):用摄象机AC电源完成垂直推动同步。
外VD同步:将摄象机信号电缆上的VD同步脉冲输入完成外VD同步。
多台摄象机外同步:对多台摄象机固定外同步,使每一台摄象机可以在同样的条件下作业,因各摄象机同步,这样即使其中一台摄象机转换到其他景物,同步摄象机的画面亦不会失真。
7、按照度划分,CCD又分为:
普通型 正常工作所需照度1~3LUX
月光型 正常工作所需照度0.1LUX左右
星光型 正常工作所需照度0.01LUX以下
红外型 采用红外灯照明,在没有光线的情况下也可以成像
CCD彩色摄象机的主要技术指标
(1)CCD尺寸,亦即摄象机靶面。原多为1/2英寸,现在1/3英寸的已普及化,1/4英寸和1/5英寸也已商品化。
(2)CCD像素,是CCD的主要性能指标,它决定了显示图像的清晰程度,分辨率越高,图像细节的表现越好。CCD是由面阵感光元素组成,每一个元素称为像素,像素越多,图像越清晰。现在市场上大多以25万和38万像素为划界,38万像素以上者为高清晰度摄象机。
(3)水平分辨率。彩色摄象机的典型分辨率是在320到500电视线之间,主要有330线、380线、420线、460线、500线等不同档次。 分辨率是用电视线(简称线TV LINES)来表示的,彩色摄像头的分辨率在330~500线之间。分辨率与CCD和镜头有关,还与摄像头电路通道的频带宽度直接相关,通常规律是1MHz的频带宽度相当于清晰度为80线。 频带越宽,图像越清晰,线数值相对越大。
(4)最小照度,也称为灵敏度。是CCD对环境光线的敏感程度,或者说是CCD正常成像时所需要的最暗光线。照度的单位是勒克斯(LUX),数值越小,表示需要的光线越少,摄像头也越灵敏。月光级和星光级等高增感度摄象机可工作在很暗条件,2~3lux属一般照度,现在也有低于1lux的普通摄象机问世。
(5)扫描制式。有PAL制和NTSC制之分。
(6)摄象机电源。交流有220V、110V、24V,直流为12V 或9V。
(7)信噪比。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。
(8)视频输出。多为1Vp-p、75Ω,均采用BNC接头。
(9)镜头安装方式。有C和CS方式,二者间不同之处在于感光距离不同。
二、CCD彩色摄象机的可调整功能
(1)同步方式的选择
A、对单台摄象机而言,主要的同步方式有下列三种:
内同步——利用摄象机内部的晶体振荡电路产生同步信号来完成操作。
外同步——利用一个外同步信号发生器产生的同步信号送到摄象机的外同步输入端来实现同步。
电源同步——也称之为线性锁定或行锁定,是利用摄象机的交流电源来完成垂直推动同步,即摄象机和电源零线同步。
B、对于多摄象机系统,希望所有的视频输入信号是垂直同步的,这样在变换摄象机输出时,不会造成画面失真,但是由于多摄象机系统中的各台摄象机供电可能取自三相电源中的不同相位,甚至整个系统与交流电源不同步,此时可采取的措施有:
均采用同一个外同步信号发生器产生的同步信号送入各台摄象机的外同步输入端来调节同步。
调节各台摄象机的“相位调节”电位器,因摄象机在出厂时,其垂直同步是与交流电的上升沿正过零点同相的,故使用相位延迟电路可使每台摄象机有不同的相移,从而获得合适的垂直同步,相位调整范围0~360度。
(2)自动增益控制
所有摄象机都有一个将来自 CCD的信号放大到可以使用水准的视频放大器,其放大量即增益,等效于有较高的灵敏度,可使其在微光下灵敏,然而在亮光照的环境中放大器将过载,使视频信号畸变。为此,需利用摄象机的自动增益控制(AGC)电路去探测视频信号的电平,适时地开关AGC,从而使摄象机能够在较大的光照范围内工作,此即动态范围,即在低照度时自动增加摄象机的灵敏度,从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。
(3)背景光补偿
通常,摄象机的AGC工作点是通过对整个视场的内容作平均来确定的,但如果视场中包含一个很亮的背景区域和一个很暗的前景目标,则此时确定的AGC工作点有可能对于前景目标是不够合适的,背景光补偿有可能改善前景目标显示状况。
当背景光补偿为开启时,摄象机仅对整个视场的一个子区域求平均来确定其AGC工作点,此时如果前景目标位于该子区域内时,则前景目标的可视性有望改善。
(4)电子快门
在CCD摄象机内,是用光学电控影像表面的电荷积累时间来操纵快门。电子快门控制摄象机CCD的累积时间,当电子快门关闭时,对NTSC摄象机,其CCD累积时间为1/60秒;对于PAL摄象机,则为1/50秒。当摄象机的电子快门打开时,对于NTSC摄象机,其电子快门以261步覆盖从1/60秒到1/10000秒的范围;对于PAL型摄象机,其电子快门则以311步覆盖从1/50秒到1/10000秒的范围。当电子快门速度增加时,在每个视频场允许的时间内,聚焦在CCD上的光减少,结果将降低摄象机的灵敏度,然而,较高的快门速度对于观察运动图像会产生一个“停顿动作”效应,这将大大地增加摄象机的动态分辨率。
(5)白平衡
白平衡只用于彩色摄象机,其用途是实现摄象机图像能精确反映景物状况,有手动白平衡和自动白平衡两种方式。
A、自动白平衡
连续方式——此时白平衡设置将随着景物色彩温度的改变而连续地调整,范围为2800~6000K。这种方式对于景物的色彩温度在拍摄期间不断改变的场合是最适宜的,使色彩表现自然,但对于景物中很少甚至没有白色时,连续的白平衡不能产生最佳的彩色效果。
按钮方式——先将摄象机对准诸如白墙、白纸等白色目标,然后将自动方式开关从手动拨到设置位置,保留在该位置几秒钟或者至图像呈现白色为止,在白平衡被执行后,将自动方式开关拨回手动位置以锁定该白平衡的设置,此时白平衡设置将保持在摄象机的存储器中,直至再次执行被改变为止,其范围为2300~10000K,在此期间,即使摄象机断电也不会丢失该设置。以按钮方式设置白平衡最为精确和可靠,适用于大部分应用场合。
B、手动白平衡
开手动白平衡将关闭自动白平衡,此时改变图像的红色或兰色状况有多达107个等级供调节,如增加或减少红色各一个等级、增加或减少兰色各一个等级。除次之外,有的摄象机还有将白平衡固定在3200K(白炽灯水平)和5500K(日光水平)等档次命令。
(6)色彩调整
对于大多数应用而言,是不需要对摄象机作色彩调整的,如需调整则需细心调整以免影响其他色彩,可调色彩方式有:
红色—黄色色彩增加,此时将红色向洋红色移动一步。
红色—黄色色彩减少,此时将红色向黄色移动一步。
兰色—黄色色彩增加,此时将兰色向青兰色移动一步。
兰色—黄色色彩减少,此时将兰色向洋红色移动一步。
三、数字化式的调整控制方法
新型摄象机对前述各项可选参数的调整采用数字式调整控制,此时不必手动调节电位计而是采用辅助控制码,而且这些调整参数被储存在数字记忆单元中,增加了稳定性和可靠性。
DSP摄象机
在模拟制式的基础上引入部分数字化处理技术,称为数字信号处理(DSP,DIGITAL SIGNAL PROCESSOR)摄象机。该种摄象机具有以下优点:
1、由于采用了数字检测和数字运算技术而具有智能化背景光补偿功能。常规摄象机要求被摄景物置于画面中央并要占据较大的面积方能有较好的背景光补偿,否则过亮的背景光可能会降低图像中心的透明度。而DSP摄象机是将一个画面划分成48个小处理区域来有效地检测目标,这样即使是很小的、很薄的或不在画面中心区域的景物均能清楚地呈现。
2、由于DSP技术而能自动跟踪白平衡,即可以在任何条件检测和跟踪“白色”,并以数字运算处理功能来再现原始的色彩。传统的摄象机因系对画面上的全部色彩作平均处理,这样如果彩色物体在画面上占据很大面积,那么彩色重现将不平衡,也就是不能重现原始色彩。DSP摄象机是将一个画面分成48个小处理区域,这样就能够有效地检测白色,即使画面上只有很小的一块白色,该摄象机也能跟踪它从而再现出原始的色彩。 在拍摄网格状物体时,可将由摄象机彩色噪声引起的图像混叠减至最少。
画面处理器:
原则上,录一个讯号最好的方式是1对1,也就是用一个录影机录取单一摄影机摄取的画面,每秒录30个画面,不经任何压缩,解析度愈高愈好(通常是S-VHS)。但如果需要同时监控很多场所,用一对一方式会使系统庞大、设备数量多、耗材及人力管理上费用大幅提高,为解决上述问题,画面处理器应运而生。画面处理器为最大程度地简化系统,提高系统运转效率,一般用一台监视器显示多路摄像机图像或一台录像机记录多台摄像机信号的装置。
摄像头的安装调试
镜头的安装方式:有C式和CS式两种,两者的螺纹均为1英寸32牙,直径为1英寸,差别是镜头距CCD靶面的距离不同,C式安装座从基准面到焦点的距离为17.562毫米,比CS式距离CCD靶面多一个专用接圈的长度,CS式距焦点距离为12.5毫米。别小看这一个接圈,如果没有它,镜头与摄像头就不能正常聚焦,图像变得模糊不清。所以在安装镜头前,先看一看摄像头和镜头是不是同一种接口方式,如果不是,就需要根据具体情况增减接圈。有的摄像头不用接圈,而采用后像调节环(如松下产品),调节时,用螺丝刀拧松调节环上的螺丝,转动调节环,此时CCD靶面会相对安装基座向后(前)运动,也起到接圈的作用。另外(如SONY,JVC)采用的方式类似后像调节环,它的固定螺丝一般在摄像头的侧面,拧松后,调节顶端的一个齿轮,也可以使图像清晰而不用加减接圈。
AGC ON/OFF(自动增益控制):摄像头内有一个将来自CCD的信号放大到可以使用水准的视频放大器,其放大量即增益,等效于有较高的灵敏度,然而在亮光照的环境下放大器将过载,使视频信号畸变。当开关在ON时,在低亮度条件下完全打开镜头光圈,自动增加增益以获得清晰的图像。开关在OFF时,在低亮度下可获得自然而低噪声的图像。
ATW ON/OFF(自动白平衡):开关拨到ON时,通过镜头来检测光源的特性/色温,从而自动连续设定白电平,即使特性/色温改变也能控制红色和蓝色信号的增益。
ALC/ELC(自动亮度控制/电子亮度控制):当选择ELC 时,电子快门根据射入的光线亮度而连续自动改变CCD图像传感器的曝光时间(一般从1/50到1/10000秒连续调节)。选择这种方式时,可以用固定或手动光圈镜头替代ALC自动光圈镜头。
需要注意的是:在室外或明亮的环境下,由于ELC控制范围有限,还是应该选择ALC式镜头;在某些独特的照明条件下,可能出现下列情况:
①在聚光灯或窗户等高亮度物体上有强烈的拖尾或模糊现象
②图像显著地闪烁和色彩重现性不稳定
③白平衡有周期性变化,如果发生这些现象,应使用ALC 镜头。
以固定光圈镜头采用ELC方式时,图像的景深可能小于使用ALC式镜头所获得的景深。因此,摄像头在完全打开固定光圈镜头而采用ELC方式时,景深会比使用ALC式镜头时小,而且图像上远处的物体可能不在焦点上。
当镜头是自动光圈镜头时,需要将开关拨到ALC方式。
BLC ON/OFF(背光补偿开关):当强大而无用的背景照明影响到中部重要物体的清晰度时,应该把开关拨到ON位置。
注意:
①当与云台配用或照明迅速改变时,建议把该开关放在OFF位置,因为在ON位置时,镜头光圈速度变慢;
②如果所需物体不在图像中间时,背光补偿可能不会充分发挥作用。
LL/INT(同步选择开关):此开关用以选择摄像头同步方式,INT为内同步2:1隔行同步;LL为电源同步。有些摄像头还有一个LL PHASE电源同步相位控制器,当摄像头使用于电源同步状态时,此装置可调整视频输出信号的相位,调整范围大概是一帧。(调整需要专业人员进行)
VIDEO/DC(镜头控制信号选择开关):ALC自动光圈镜头的控制信号有两种,当需要将直流控制信号的自动光圈镜头安装在摄像头上时,应该选择DC位置;需要安装视频控制信号的自动光圈镜头时,应该选择VIDEO位置。
当选择ALC自动光圈视频驱动镜头时,还会有一个视频电平控制(VIDEO LEVEL L/H)可能需要调整,该控制器调节输出给自动光圈镜头的控制电平,用以控制镜头光圈的开大和缩小(即进光量)。
在摄像头的配件中,有一个黑色的小插头,插头有四个针,联接摄像头上的黑色插座。如果用DC驱动的自动光圈镜头,镜头上已经作好了插头,只要插在插座上,把选择开关拨到DC即可;如果用视频驱动的自动光圈镜头,需要用户根据说明书上的标注,用烙铁焊好。由于厂家定义不同,所以焊法也有区别,请安装时留意。
SOFT/SHARP(细节电平选择开关):该开关用以调节输出图像是清晰(SHARP)还是平滑(SOFT),通常出厂设定在SHARP位置。
FLICKERLESS(无闪动方式):在电源频率为50 Hz的地区,CCD积累时间为1/50秒,如果使用NTSC制式摄像机,其垂直同步频率为60Hz,这样将造成视觉影像不同步,在监视器上出现闪动;反之,在电源为60Hz的地区用PAL制式摄像机也会有此现象。为克服此现象,在电子快门设置了无闪动方式档,对NTSC制式摄像机提供1/100秒,对PAL制式摄像机提供1/120秒的固定快门速度,可以防止监视器上图像出现闪烁。手动电子快门:有些用户使用CCD摄取运动速度比较快的物体,如果用1/50秒速度拍摄,会产生拖尾现象,严重影响图像质量。有些摄像头给出了手动电子快门,使CCD的电荷耦合速度固定在某一值,例如1/500、1/1000、1/2000秒等等,此时CCD的电荷耦合速度提高,这样采集下来的图像相对来说会减少拖尾现象,而且对于观测高速运动或电火花一类物体,必须使用此设置。所以,某些专用摄像头给出了手动电子快门,提供给特殊用途的用户。手动电子快门的调整需要参看随机说明书,在此就不再赘述了。
补充说明:有很多用户要求在晚间没有光线的环境下监控,请注意:由于CCD摄像头同样是靠光线反射来成像,如果没有光,它的图像只会是一片漆黑再加上很多雪花。如何得到图像呢?一种方法是加可见光照明,如路灯、探照灯;一种是加红外灯(特别是要求不能安装可见光源的场合),对于彩色CCD摄像头,对红外光响应不够,有一些日夜两用彩色摄像头在夜间会自动转成黑白模式。所以,您的监控系统要求夜间使用,一定要采用黑白CCD摄像头。
红外灯有室内、室外,短距离和长距离之分,一般常用室内10~20米范围的红外灯,由于墙壁的反射,图像效果还不错;用在室外长距离的红外灯效果就不会很理想,而且价格昂贵,不到必要时一般不采用。
视频切换与控制主机
1、单纯型的云台、镜头及防护罩控制器
其功能是仅仅实现对单台或多台执行云台旋转、上下俯仰、对云台上的摄象机镜头控制聚焦、光圈调整及变焦变倍功能,较复杂的装置还可对云台上的防护罩作加热、除霜等控制。
2、手动视频切换器
它是视频切换器最简单的一种,该装置上有若干按键,用以对单一监视器输出显示所选择的某台摄象机图像。手动切换比较经济可靠,可将4~16路视频输入切换到一台监视器上输出。其缺点是使用这种类型切换器对摄象机进行手动切换时,监视器上会出现垂直翻转和滚动,直至监视器确定有输入摄象机的垂直同步脉冲后才会消失。
3、顺序视频切换器
多路视频信号要送到同一处监控,可以一路视频对应一台监视器,但监视器占地大,价格贵,如果不要求时时刻刻监控,可以在监控室增设一台切换器,把摄像机输出信号接到切换器的输入端,切换器的输出端接监视器,切换器的输入端分为2,4,6,8,12,16,切换器有手动切换、自动切换两种工作方式,手动方式是想看哪一路就把开关拨到哪一路;自动方式是让预设的视频按顺序延时切换,切换时间通过一个旋钮可以调节,一般在1秒到35秒之间。切换器的价格便宜(一般只有三五百元),联接简单,操作方便,但在一个时间段内只能看输入中的一个图像。要在一台监视器上同时观看多个摄像机图像,就需要用画面分割器。顺序视频切换器是使来自多台摄象机的图像在一台监视器上选择显示一幅,再显示另一幅,摄象机的显示顺序和显示停留时间可由用户程序设置或修改。顺序视频切换器采用垂直间隔切换,以消除监视器上的图像闪烁、抖动或滚动,使观察监视器的人可以舒适地观看。所谓垂直间隔切换,是视频播放时切换视频的一种方式。切换器中的电子系统寻找每一台摄象机的垂直同步脉冲,然后切换这一垂直脉冲间的视频,消除监视器上的垂直滚动和抖动,得到无滚动切换的效果。实现无滚动切换的前提是摄象机需要有行同步电路,这样多台摄象机用同一交流电源相位的电源供电时,可使多台摄象机同时产生垂直同步脉冲,这也是使用24V交流电源的摄象机能在闭路电视监控系统中得到广泛应用的原因之一。
在较大型的系统中,如果摄象机使用不同相位的非24V交流电源,此时需要消除监视器上的垂直滚动,则要么要求摄象机具有非同步或信号锁定功能,要么使用摄象机上的可调相位选择,根据不同交流电源相位间的垂直同步定时差异来进行调整。为了监控的需要,一般顺序切换器带有报警切换功能,即发生报警时,该顺序切换器会自动将报警区域的摄象机图像切换到监视器上显示输出。
4、视频矩阵切换与控制主机
所谓视频矩阵切换就是可以选择任意一台摄象机的图像在任一指定的监视器上输出显示,犹如M台摄象机和N台监视器构成的M*N矩阵一般,视应用需要和装置中模板数量的多少,矩阵切换系统可大可小,小型系统是4*1,大型系统可以达到1024*256或更大。
在以视频矩阵切换与控制主机为核心的系统中,每台摄象机的图像需要经过单独的同轴电缆传送到切换与控制主机;对云台与镜头的控制,则一般由主机经由双绞线或者多芯电缆先送至解码/驱动器,由***先对传来的信号进行译码,即确定执行何种控制动作。解码/驱动器具有的功能如下:
(1)前端摄象机电源的开关控制。
(2)对来自主机的命令进行译码,控制云台与镜头,可完成的动作有:
云台的左右旋转 、云台的上下俯仰、云台的扫描旋转(定速或变速) 、云台预置位的快速定位 、镜头光圈大小的改变 、镜头聚焦的调整 、镜头变焦变倍的增减 、镜头预置位的定位 、摄象机防护罩雨刷的开关 、某些摄象机防护罩降温风扇的开关(大多数采用温度控制自动开关) 、某些摄象机防护罩除霜加热器的开关(大多数采用低温时自动加电至指定温度时自动关闭)
(3)通过固态继电器提高对执行动作的驱动能力。
(4)与切换控制主机间的传输控制。
视***所接受代码的形式不同,通常有三种类型的***:一是直接接受由切换控制主机发送来曼彻斯***的***;二是由控制键盘传送来或将曼彻斯***转换后接受的RS-232输入型***;三是经同轴电缆传送代码的同轴视控型***。因此,与不同***配合使用的云台则存在着相互是否兼容的选择。
视频矩阵切换控制主机是闭路电视监控系统的核心。多为插卡式箱体,内有电源装置,插有一块含微处理器的CPU板、数量不等的视频输入板、视频输出板、报警接口板等,有众多的视频BNC接插座、控制连线插座及操作键盘插座等。具备的主要功能有:
接收各种视频装置的图像输入,并根据操作键盘的控制将它们有序地切换到相应的监视器上供显示或记录,完成视频矩阵切换功能。 编制视频信号的自动切换顺序和间隔时间
接收操作键盘的指令,控制云台的上下、左右转动,镜头的变倍、调焦、光圈,室外防护罩的雨刷 。
键盘有口令输入功能,可防止未授权者非法使用本系统,多个键盘之间有优先等级安排。
对系统运行步骤可以进行编程,有数量不等的编程程序可供使用,可以按时间来触发运行所需程序。
有一定数量的报警输入和继电器接点输出端,可接收报警信号输入和端接控制输出。
有字符发生器可在屏幕上生成日期、时间、场所摄象机号等信息。
还有与计算机的接口
5、同轴视控矩阵切换控制系统
它是以微处理器为核心具有视频矩阵切换和对摄象机前端控制能力的系统。同轴视控传输技术是当今监控系统设备的发展主流,它只需要一根视频电缆便可同时传输来自摄象机的视频信号以及对云台、镜头、预置功能等所有的控制信号,这种传输方式节省材料和成本、施工方便、维修简单化,在系统扩展和改造时更具灵活性。
同轴视控实现方法有两类,一是采用频率分割,即把控制信号调制在与视频信号不同的频率范围内,然后同视频信号复合在一起传送,再在现场做解调将两者区分开;二是利用视频信号场消隐期间来传送控制信号,类似于电视图文传送。
同轴视控切换控制主机因是通过单根电缆实现对云台、镜头等摄像前端的动作控制,故必定要主机端编码经传输后在前端译码方式来完成。这就决定了在摄像前端也需要有完成动作控制译码和驱动的***装置。与普通视频矩阵切换系统不同的是,此类***与主机之间只有一个连接同轴电缆的BNC接插头。
6、微机控制或微机一体化的矩阵切换与控制系统
这是随着计算机应用的普及而出现的电脑式切换器,有的由计算机芯片和外围电路控制,有的直接以微机控制,除完成常规的视频矩阵切换和对摄象机前端的控制功能外,它同时具有很强的计算机功能。例如它有较强的键盘密码系统可以有效地防止无权者操作使用;它有启动配置程序,能够以下拉式菜单的方式进行程序控制;它有系统诊断程序以监视系统所有功能;有打印机接口可以输出整个系统的操作情况;它有网络互联功能,有多种输入/输出接口,有的系统还有视频图像的移动探测报警功能。微机一体化控制系统均内置有多路报警输入与输出,可配接多台分控键盘和连接较多的***。大型系统可用于分级层控连网。
选择及安装
目前市场上常用的主机虽然品牌不同、外型各异,但功能相差不大。
选择时首先要确定自己有多少个摄像机需要控制,是不是还会扩充,把现有的和将来有可能扩充的摄像机数目相加,选择控制器的输入路数。比如一个居住小区,目前只盖好了10栋楼房,后期会有15栋,每栋楼房安装1只摄像机,那么最少也要有25路视频输入给控制主机,(由于控制主机大部分以输入、输出模块形式扩充,输入以8的倍数递增)所以需要选择32输入主机。
选择控制器的输出路数是看监控室内需要几台监视器。比如上面举的例子,如果监控室需要至少4台监视器,那么输出就选择4路或5路输出(输出多一些不会影响性能,但价格会增加)的控制主机。
目前控制主机常用的输入有8、16、32、48、64、80、96、128到512路,一般以8或16的倍数递增;输出从2、4、5、8、16、24到32,一般以2或4的倍数递增。
主机的控制码有多种,大部分不兼容,必须配合其系列产品或说明可以使用的设备工作。如***、辅助跟随器、报警接口、分控键盘、多媒体软件等。
***功能是把主机的控制码转换成模拟信号输出:提供云台24伏或220伏交流电压,镜头12伏直流电压,辅助24伏交流电压,2个辅助开关,有的还提供12伏直流供电。***是控制系统中最常用的设备,前端有一个云台或电动镜头,就需要有一个***。***分为室内型和室外型,室外型有一个防水箱,并提供雨刷工作电压。安装时必须提供***的220伏电源,跳开***的地址码以免冲突。还有要注意云台的工作电压,因为云台工作电压有24伏和220伏两种,如果与***配合不对,轻则无法工作,重则烧毁云台电机,造成不必要的损失。
***到云台、镜头的联接线不要太长,因为控制镜头的电压为直流12伏左右,传输太远则压降太大,会导致镜头不能控制。另外由于多芯控制电缆比屏蔽双绞线要贵,所以成本也会增加。
室外***要做好防水处理,在进线口处用防水胶封好是一种不错的方法,而且操作简单。
从主机到***通常采用屏蔽双绞线,一条线上可以并联多台***,总长度不超过1500米(视现场情况而定)。如果***数量太大,需要增加一些辅助设备,如增加控制码分配器或在最后一台***上并联一个匹配电阻(以厂家的说明为准)。
除监控室以外还要有人操作云台、镜头等设备,需要配分控键盘,每个主机可以带分控键盘的个数不同,分控键盘的功能也有差异,有的可以控制监视器的输出,有的可以控制变速云台。分控键盘与主机一般也用屏蔽双绞线联接。
现在由于计算机多媒体技术的发展,监控系统也有向其靠拢的趋势,多数厂商在设计监控主机时留有计算机接口,通过联接电缆和接口与计算机的串行口通讯,在计算机上插一块视频捕捉卡来观看图像,插一块声卡来监听声音。多媒体控制软件一般有如下功能:设置系统控制主机的型号,设置通讯口,设置系统密码,设置操作人员的操作等级,画电子地图,设置前端摄像机的性质(是否带云台、电动镜头),对已有的地图进行增加和删除修改,对报警探测器布防和撤防,控制视频的切换,云台转动,镜头聚焦,辅助开关的闭合等等。由于多媒体软件操作界面良好,使操作者更容易理解接受,现在已广泛应用。
安装注意事项:由于监控主机输出信号是485码,与模拟信号是无法抗衡的,所以在安装时要做好设备的接地工作,保证回路内没有强电反馈给通讯口,否则会烧坏通讯芯片,使主机无法工作。
其他监控器材
云台(Pan&Tilt)云台就是两个交流电组成的安装平台,可以水平和垂直的运动,将摄象机安装于其上,实现摄象机多个自由度运动的装置,满足对固定监 控目标的快速定位,或对大范围监控环境的全景观察。对云台的选择可以按下列分类来加以区分。在挑选云台时要考虑安装环境、安装方式、工作电压、负载大小,也要考虑性能价格比和外型是否美观。
1、从能够承受负载能力划分
轻载云台——最大负重20磅(9.08公斤)。
中载云台——最大负重50磅(22.7公斤)。
重载云台——最大负重100磅(45公斤)。
防爆云台——用于危险环境下、能够防爆和防粉尘点燃的云台,带高转矩交流电机和可调螺杆驱动,可负重100磅。
2、按使用环境分为室内型和室外型,主要区别是室外型密封性能好,防水、防尘,负载大。
3、从运动方向划分
水平旋转云台——仅能实现水平旋转运动,故亦称为转台。
全方位云台——既能够作水平旋转运动,也能够作垂直俯仰运动,有的还能够做结合两者的复合运动。
4、从回转范围划分
水平旋转有0~355度云台,两端设有限位开关,还有360度自由旋转云台,可以作任意个360度旋转。
垂直俯仰均为90度,现在已出现垂直可做360度、并可在垂直回转至后方时自动将影响调整为正向(auto image Invert for tilt)的新产品。
5、从云台使用电压类型划分
220VAC云台、24VAC云台 、直流供电云台
6、从旋转速度划分
恒速云台——只有一档速度,一般水平旋转速度最小值为6~12度/秒,垂直俯仰速度为3~3.5度/秒。但快速云台水平旋转和垂直俯仰速度更高。
可变速云台——水平旋转速度范围为0~ 400度/秒,垂直倾斜速度范围多为0~120度/秒,但已有最高达400度/秒的产品。
7、按安装方式分为侧装和吊装,即云台是安装在天花板上还是安装在墙壁上。
8、按外形分为普通型和球型,球型云台是把云台安置在一个半球形、球形防护罩中,除了防止灰尘干扰图像外,还隐蔽、美观、快速。
9、从驱动部件划分
以24VAC或220VAC二相感应型马达带动齿轮和链条机构。
以二相感应马达带动可调螺杆传动装置。
以115VDC并激式直流马达作驱动源,带动可调螺杆传动。
交流24V单相瞬间反转感应型电机,带动Delrin螺杆驱动。
对于变速旋转型云台,有的用步进马达。
摄象机防护罩与固定支架
防护罩是为了保证摄象机和镜头有良好工作环境的辅助性装置,它将二者包含于其中。支架是固定云台及摄象机防护罩的安装部件。一般方式为在支架上安装云台,再将带或不带防护罩的摄象机固定在云台上。
1、支架
普通支架有短的、长的、直的、弯的,根据不同的要求选择不同的型号。室外支架主要考虑负载能力是否合乎要求,再有就是安装位置,因为从实践中我们发现,很多室外摄像机安装位置特殊,有的安装在电线杆上,有的立于塔吊上,有的安装在铁架上……由于种种原因,现有的支架可能难以满足要求,需要另外加工或改进,这里就不再多说了。制作支架的材料有塑料、金属镀铬、压铸。支架多种多样,依使用环境不同和结构不同,主要有以下类型:
(1)天花板顶基支架,一端固定在天花板上,另一端为可调节方向的球形旋转头或可调倾斜度平台,以便摄象机对准不同的方位。有直管圆柱形和T形之分。
(2)墙壁安装型支架,一端固定在墙壁上,其垂直平面用于安装摄象机或云台,对于无云台的摄象机系统,其摄象机可以直接固定在支架上,也可以固定在支架上的球形旋转接头或可调倾斜平台上。
(3)墙用支架加上安装连板可构成墙角支架,墙角支架加上圆柱安装连板,可将其安装在圆柱杆上。
2、摄象机防护罩
防护罩也是监控系统中最常用的设备之一,主要分为室内和室外两种。室内防护罩主要区别是体积大小,外形是否美观,表面处理是否合格。功能主要是防尘、防破坏。
室外防护罩密封性能一定要好,保证雨水不能进入防护罩内部侵蚀摄像机。有的室外防护罩还带有排风扇、加热板、雨刮器,可以更好的保护设备。当天气太热时,排风扇自动工作;太冷时加热板自动工作;当防护罩玻璃上有雨水时,可以通过控制系统启动雨刮器。摄象机防护罩的选择,首先是要包容所使用的摄象机加镜头,并留有适当的富余空间,其次是依据使用环境选择适合的防护罩类型,在此基础上,将包括防护罩及云台在内的整个摄像前端之重量累计,选择具有相应承重值的支架。还要看整体结构,安装孔越少越利于防水,再看内部线路是否便于联接,最后还要考虑外观、重量、安装座等等。
在防护罩中,除了用于一体化摄像系统的球形防护罩外,还有圆柱形、长方形等不同形状,应用场合有室内型和室外型两大类。室内摄象机防护罩以装饰性、隐蔽性和防尘为主要目标,而室外型因属全天候应用,要能适应不同的使用环境。 防护罩的材料主要有铝质、合金、挤压成型、不锈钢等
一、视频信号分配与放大器
1.视频放大器
当视频传输距离比较远时,最好采用线径较粗的视频线,同时可以在线路内增加视频放大器增强信号强度达到远距离传输目的。视频放大器可以增强视频的亮度、色度和同步信号,但线路内干扰信号也会被放大,另外,回路中不能串接太多视频放大器,否则会出现饱和现象,导致图像失真。
2.视频分配器
经过视频矩阵切换器输出的视频信号,可能要送往监视器、录象机、传输装置、硬拷贝成像等终端设备,完成成像的显示与记录功能,在此,经常会遇到同一个视频信号需要同时送往几个不同之处的要求,在个数为二时,利用转接插头或者某些终端装置上配有的二路输出器来完成;但在个数较多时,因为并联视频信号衰减较大,送给多个输出设备后由于阻抗不匹配等原因,图像会严重失真,线路也不稳定。则需要使用视频分配器,实现一路视频输入、多路视频输出的功能,使之可在无扭曲或无清晰度损失情况下观察视频输出。通常视频分配器除提供多路独立视频输出外,兼具视频信号放大功能,故也成为视频分配放大器。
视频分配放大器以独立和隔离的互补晶体管或由独立的视频放大器集成电路提供4~6路独立的75Ω负载能力,包括具备彩色兼容性和一个较宽的频率响应范围(10Hz~7MHz),视频输入和输出均为BNC端子。
二、视频监视器
监视器是监控系统的标准输出,有了监视器我们才能观看前端送过来的图像。监视器分彩色、黑白两,尺寸有9、10、12、14、15、17、21、29英寸等,常用的是14英寸。监视器也有分辨率,同摄像机一样用线数表示,实际使用时一般要求监视器线数要与摄像机匹配。另外,有些监视器还有音频输入、S-video输入、RGB分量输入等,除了音频输入监控系统用到外,其余功能大部分用于图像处理工作,在此不作介绍。 清晰度:彩色监视器一般在300-500线黑白监视器一般在700-1000线,专业监视器与普通电视机的差别在于:其一是电视清晰度较高;其二是防磁性能好,以便并排安装时不会互干扰,而普通电视机则不具备防磁功能;其三是可靠性好,监视器可以接受长时间不间断工作,而普通的电视机则不能。在最小系统中可以仅有单台监视器,而在大系统中则可能是由数十台监视器组成的电视墙;监视器可以是黑白的,但更多的是彩色监视器;既可以是6英寸、9英寸的小屏幕监视器,也可以是40英寸左右的大型监视器、等离子体平板显示器或上百英寸的投影;在实际应用中,既可用专业级的纯监视器,也可用价格便宜的彩电取而代之;在图像显示质量方面,有用标准分辨率的监视器,也有追求高图像质量而采用的高分辨率监视器。从使用角度而言,实用性是对其作出选择的前提,特别体现在下列各点上:
(1)监视器类型的选择应与前端摄象机类型基本匹配,黑白摄象机一般具有分辨率较高的特点,且价格较为低廉,在以黑白摄象机为主构成的系统中,宜采用黑白监视器。
(2)对于不仅要求看得清楚而且具有彩色要求的场合,随着大量使用彩色CCD摄象机,此时视频图像的显示必然用彩色监视器,但此时对彩色监视器分辨率的选择要适中,350~400线是较理想的标准。
(3)600~800线分辨率的高档CRT彩色监视器,其刷新率一般为每秒75~80帧,只宜用在图像质量要求极高的场合。
(4)除分辨率指标外,目前时兴的是监视器具有易于控制和调节的功能。
(5)监视器有不同的扫描制式,选用时应注意。
(6)对于闭路电视监控系统而言,特别是在经费不太富裕的条件下,选用价格相对便宜的彩电是可行的折衷方案之一,但必须具有视频输入端子。
(7)监视器屏幕大小的选择,应以与视频图像相匹配为原则,用于显示多画面分割器输出图像的监视器,由于一屏上有多个摄象机输出图像,因此宜采用大屏幕的监视器。
三、视频图像打印输出装置
彩色视频输出设备除了彩色喷墨打印机、彩色激光打印机外,还有彩色视频印像机。彩色视频印像机是一种图像输出设备,大多采用热敏染料转移成像方法,分辨率较高,色彩还原性好。彩色视频印像机是智能化装置,只要连接显示器后即可进行功能菜单操作。
视频的传输
1、同轴电缆传输
在闭路监控系统中,同轴电缆是传输视频图像最常用的媒介。同轴电缆截面的圆心为导体,外用聚乙烯同心圆状绝缘体覆盖,再外面是金属编织物的屏蔽层,最外层为聚乙烯封皮。同轴电缆对外界电磁波和静电场具有屏蔽作用,导体截面积越大,传输损耗越小,可以将视频信号传送更长的距离。
摄像机输出通过同轴电缆直接传输至监视器,若要保证能够清晰地加以显示,则同轴电缆的长度有限制。如果要传得更远,一种方法是改用截面积更大的同轴电缆类型,另一种方法是在靠近监视器处安装一台后均衡视频放大器(post equalizing video mplifier),通过补偿视频信号中容易衰减的高频部分使经过长距离传输的视频信号仍能保持一定的强度,以此来增长传输距离。需要指出的是,后均衡视频放大器只能安装在靠近监视器之处,如果安装在摄像机附近则失效。此外,所有电缆均应是阻抗为75欧姆的纯铜芯电缆,绝对不可用镀铜或铝芯电缆。 采用同轴电缆传送视频信号时,由于存在不平衡电源线负载等因素会导致各点之间存在地电位差,其电压峰-峰幅值在0~10V。为此应采用被动式接地隔离变压器(GROUND ISOLATION TRANSFORMER),它可放置在同轴电缆中存在地电位差的任何一处,并可放置多个,用它可以消除存在地电位差带来的问题,并有效地降低50Hz频率共模电压。
电缆的选择
认真选择合适的电缆对于设备是否能达到最佳性能至关重要,同轴电缆的阻抗都为75欧姆。
材质
只能使用纯铜芯导线的电缆。不要采用镀铜的铜芯电缆或铝芯电缆,因为它们不能在CATV网所用的整个频段上有效地传输信号。CATV信号传输要求电缆芯线具有底的直流阻抗。
在不发生弯折的情况下,实心裸铜导线最适于视频应用。如果在正常使用中,弯则无法避免,则应选用绞芯线。
绝缘材料最好是多孔(泡沫)聚乙烯。它比实心的聚乙烯有更好的电气特性,但容易受潮湿影响。因此在潮湿环境的应用中应采用实心聚乙烯绝缘的外部有厚绝缘层的电缆。屏蔽层必须是覆盖95%以上铜丝编辑层。
安装技巧:
不要拉伸电缆或使之过度弯曲。避免电缆同供热管道和其他热源的接触。即使热量不足以造成对电缆的明显损害,也会使传输特性受到影响。在电缆必须连续弯曲的场合(如有扫描仪或水平俯仰云台),应使用专门的电缆。这种电缆的芯导线应是多股胶合线。只使用压接型的BNC连接器。
电缆类型和操作距离:
最常用的电缆有RG-59/U和RG-11/U两类。每种都包括一系列具有不同电气特性的电缆产品,其中一些是不适于CATV应用的。 当采用Belden之外的电缆时,应以表A中电缆的特性作为准则。材质和结构必须遵循上述原则。表B列出了最大电缆长度同图像质量之间的关系。除非特别说明,建议使用下列的同轴电缆。
2、光纤视频传输
光纤是能使光以最小的衰减从一端传到另一端的透明玻璃或塑料纤维,光纤的最大特性是抗电子噪声干扰,通讯距离远。
光纤有多模光纤和单模光纤之分。单模光纤只有单一的传播路径,一般用于长距离传输,多模光纤有多种传播路径,多模光纤的带宽为50M Hz~500M Hz/Km,单模光纤的带宽为2000MHz/Km,光纤波长有850nm,1310 nm和1550 nm等。850nm波长区为多模光纤通信方式;1550 nm波长区为单模光纤通信方式;1310 nm波长区有多模和单模两种;850nm的衰减较大,但对于2~3MILE(1MILE=1604m)的通信较经济。光纤尺寸按纤维直径划分有50μm缓变型多模光纤、62.5μm缓变增强型多模光纤和8.3μm突变型单模光纤,光纤的包层直径均为125μm,故有62.5/125μm、50/125μm、9/125μm等不同种类。由光纤集合而成的光缆,室外松管型为多芯光缆,室内紧包缓冲型有单缆和双缆之分。
闭路电视监控系统中的视频图像、音频、控制信号都可以通过光纤进行传输,传输系统也是由一个发射机和一个接收机组成,主要有下列传送形式:
现在单模光纤在波长1.31μm 或1.55μm时光速的低损耗窗口,每公里衰减可作到 0.2~0.4分贝以下,是同轴电缆每公里损耗的1%,因此模拟光纤多路电视传输系统可实现20公里无中断传输,这个基本上能满足超远距离的电视监控系统。同轴电缆由于衰减大,用它组成的传输网,干线放大器之间的距离一般为427~610米,即每公里需要增加1至2个干线放大器。这无疑增加了系统的复杂性和降低了系统的可靠性。而且在干线传输中最多可串接20多个放大器,因而最长只能传输10公里左右,再长会由于中继放大器的噪声和失真的累加,使信号达不到规定的标准。
用光缆作干线传输系统容量大、能双向传输、系统指标好、安全可靠性高。主要缺点是建网造价高,施工技术难度大,但它能适应长距离的大系统干线使用。
3、射频传输
在布线有限制的情况下,近距离的无线传输是最方便的。无线视频传输由发射机和接收机组成,每对发射机和接收机有相同的频率,可以传输彩色和黑白视频信号,并可以有声音通道。无线传输的设备体积小巧,重量轻,一般采用直流供电。另外由于无线传输具有一定的穿透性,不需要布视频电缆等特点,也常用于电视监控系统(一般常用于公安、铁路、医院等场所)。
值得注意的是,现在常用的无线传输设备采用2400兆赫兹频率,传输范围有限,一般只能传输200~300米。而大功率设备又有可能干扰正常的无线电通讯,受到限制,在这里就不再赘述了。
4、基于ADSL线路的网络远程监控系统(见解决方案)
ADSL技术的迅速普及,使广大网民充分享受到了驾驶高速列车网上冲浪的种种便利快捷,但目前人们对ADSL的绝大多数应用,仍停留在浏览网页、传递/下载文件、收发电子邮件、网络游戏等传统的网络应用,更多更新的应用亟待我们去发掘。这里我们向大家介绍的一种针对多分支机构基于ADSL传输的网络视频应用系统,正是利用ADSL作为一种接入Internet的手段,以此实现视频信号的网络传输,从而实现廉价且简单易行的跨地域的网络视频管理系统的构建。
小 结
打个比方来说,我们日常所走的道路相当于传输线路,来来往往的行人车辆相当于视频信息。如果道路宽阔,行人车辆稀少,交通必然顺畅;如果道路狭窄,行人车辆却很多,必然产生交通堵塞。信息的传输也是如此,线路频带宽(道路宽阔),接头和联接设备少(路口和红绿灯少),信息量固定(车流量一定),那么图像的连续性和清晰度也是保持一定;如果线路频带窄,信息量大,那么只能象我们平日上班经常遇到的一样,大家排在停车线后,依次通过。如果强行通过,对人来说,可能发生交通事故;对设备来说,就会发生数据混乱,也可能导致更严重的后果。
在选择传输方式时,根据自己的情况和要求,考虑传输距离,对图像的连续性、图像的清晰度要求,系统造价,地理条件限制等因素,合理的选择适合自己要求的方式,这样才会有好的效果。
监控系统施工中应注意的问题
一.室外安装严禁摄像机瞄准太阳或光源较强的发光物体.附则会造成图象模糊或产生光晕.
二.不要让摄像机淋雨或在潮湿的地方使用.
三.不要在超出温度、湿度或电源规格的状态下使用摄像机。
四.连接方式:除(ac220v)
1)直流12v的电源极性搞清楚后连接.
2)该摄像机与电源线之间最大电缆长度计算公式:
视频电缆:
a:采用75欧同轴电缆
b:摄像机与监视器间同 电缆的长度由于电缆质量因制造商而异,如果采用最大长度则请在进行最后安装以前先验明视频质量.
c:接线时注意事项:
1)不要把同 电缆扭变成半径小于电缆直径10倍的曲线.
2)不要使用卡钉电缆即使圆钉也不要使用,否则会引起误差.
3)不要积压或加紧电缆,否则会使电缆的阻抗改变而降低图像质量
对于产生图像干扰的判断,请参看下表:
干 扰 现 象
随机信噪比 图像上有“雪花”
单项干扰 图像中纵、斜、人字形或波浪状条纹,即“网纹”
电源干扰 图像中上下移动的黑白间置的水平横条,即“黑白滚道”
脉冲干扰 图像中不规则的闪烁、黑白麻点或“跳动”
如果图像有上表所述现象,应找到原因,采取措施避免或补偿。
何谓照度
简称全称中文
CCVE Closed Circuit Video Equipment 闭路视频设备
CCTV Closed Circuit Television 闭路电视
VTR Video Tape Recorder
ELC Electronic Light Control
BLC Black Light Compensation 不可见光补偿、逆光补偿
W/B White Balance 白平衡
ALC Automatic Light Control 自动光补偿、自动辉光校正、背光补偿、逆光补偿
S/NRatio Signal-to-Noise Ratio 信号杂讯比
LCD Liqudified Crystal Display 液晶显示器
DSP Digital Signal Processing 数字信号处理
VDA Video Distruibuting Amplifier 视频分布放大器
CCD Charge Coupled Device 电荷耦合器件:电荷耦合器件是一种新型半导体器件
AGC Automatic Gain Control 自动增益控制