安全防范工程设计与施工技术讲座(3)电视监控系统基础

黎连业2019/8/81安全防范工程设计与施工技术讲座(3)黎连业2019/8/82第3章电视监控系统基础•电视监控系统是一种先进的安全、防范能力极强的综合系统。它的主要功能是通过遥控摄像机及其辅助设备来监视被控场所，并把监测到的图像、声音内容传送到监控中心。重点讨论以下内容：●电视监控系统；●电视监控系统的前端设备；●电视监控系统的传输设备和传输方法；●电视监控系统的控制台；●电视监控系统的中心设备；●数字监控系统和远程监控系统。黎连业2019/8/833.1电视监控系统3.1.1电视监控系统的特点•安防领域的电视监控系统，国外又称闭路电视CCTV（ClosedCircuitTelevision），为区别国内普遍称为的闭路电视CATV，我国将CCTV称为应用电视。根据监控区域的大小及实际需要，电视监控系统可有大、中、小型系统之分。一般电视监控系统均由前端设备、传输系统、中心控制和显示组成。•电视监控系统通常都采用同轴电缆（或光缆）作为电视信号的传输介质，其特点都是不向空间发射频率，故称为闭路电视。电视监控系统在信号传输有两种传输方式，一种是射频信号传输；另一种是视频信号传输。黎连业2019/8/84综上所述，闭路电视系统具有以下6特点：1．CCTV系统与扩散型的广播电视不同，是集中型，一般供作监测、控制、管理使用。2．CCTV系统的信息来源于多台摄像机，多路信号要求同时传输、同时显示。3．用户是在一个或几个有限的点上，比较集中，目的是收集或监视信息，传输的距离一般较短，多在几十米到几公里的有限范围内。4．一般都采用闭路传输，极少采用开路传输方式。一公里以内用电缆传输，一公里以上可以用光缆传输。5．一般用视频直接传输，不用射频传输。视频传输又称基带传输，即不经过频率变换等任何处理，直接传送摄像机等设备输出的视频信号。6．除向接收端传输视频信号外，还要向摄像机传送控制信号和电源，因此是一种双向的多路传输系统。黎连业2019/8/853.1.2电视监控系统组成电视监控系统由前端、传输、控制和显示四部分组成，其结构请参见中国电力出版社《安全防范工程设计与施工技术》(2008.1)第1版的第85页图3-1。黎连业2019/8/86图3-1中：●前端部分包括摄像机、镜头、防护罩、解码器和云台等；●传输部分包括电视信号传输方式、控制信号传输方式、图像传输设备和图像传输方法；●控制和显示部分包括控制台监视器、画面分割器、矩阵切换主机、录像机、嵌入式数字硬盘录像机、操作键盘。黎连业2019/8/873．1．3一般要求的电视监控系统一般要求的电视监控系统如图3-2所示。图3-2一般要求的电视监控系统黎连业2019/8/88•一般要求的电视监控系统由摄像机、镜头、视频传输线路及控制信号总线、监视器等组成。它的主要功能是通过摄像机捕获监视场所的图像信号。信号传输采用视频基带传输方式，适用于距离较近、较小的电视监控系统。黎连业2019/8/893．1．4特别要求的电视监控系统特别要求的电视监控系统统由摄像机、镜头、拾取声音信号、终端解码器、视频传输线路及控制信号总线、监视器等组成。特别要求的电视监控系统如图3-3所示。图3-3特别要求的电视监控系统黎连业2019/8/810特别要求的电视监控系统分为以下3类：1.有声音拾取功能的电视监控系统•该系统可以把被监视的图像和声音内容一起传送到控制中心，它的信号传输一般采用声音和图像分别传送、也可以将声音信号调频到6.5MHz上，与图像信号一起传送到控制中心，再把声音信号解调出来。2.与防盗报警系统联动的电视监控系统•该系统在控制台上设有防盗报警的联动接口，在有防盗报警信号时，控制台上发出报警并启动录像机自动对有警报的场所进行录像。•该系统由电视监控系统和防盗报警系统两部分组成，控制中心通过控制台将两部分合在一起进行联动运行。3.具有自动跟踪和锁定功能的电视监控系统•最先进的自动跟踪和锁定系统采用“数字式电视监控系统”。数字式电视监控系统的核心是多媒体计算机及其配套的其它设施。该系统的工作方式是将入侵目标的图像及声音信号变为计算机文件，从中提取目标信号，然后反馈给摄像机及电动云台，以控制摄像机及云台进行跟踪锁定。另外，还将自动启动该摄像机附近其它关联的摄像机或报警装置，以便进行继续跟踪和锁定。黎连业2019/8/8113．2电视监控系统的前端设备电视监控系统的前端设备有：•摄像机；•镜头；•防护罩；•云台；•前端控制器；•解码器。黎连业2019/8/8123．2．1摄像机•摄像机就像电视监控系统的眼睛一样，它是拾取图像信号的设备。对被监视场所通过摄像机将画面的光信号变为电信号（图像信号）。无论是彩色还是黑白摄像机，其光电转换的器件均采用CCD器件，即“电耦合”器件。摄像机布置在被监视场所的某一位置，使其视场角能覆盖整个被监视的各个部位。•摄像机通过镜头把被监视场所的画面在CCD片子上成像。通过CCD的电子扫描（CCD电荷转换），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。•如果摄像机输出的图像信号经过传输部分、控制部分之后到达监视器上，则到达监视器上的图像信号噪声比将下降，这是由于传输及控制部分的线路、放大器、切换器等引入了噪声的原因。黎连业2019/8/8131.摄像机种类电视监控系统摄像机有多种。种类可分为：•按所摄取的图像种类来分：●黑白电视摄像机；●彩色电视摄像机；●数字电视摄像机。•按适用照度来分：●普通摄像机•要求照度较高，在白天和较深灯光下才能摄取到满意的图像，最低照度一般均大于10勒克斯（LUX）以上。●低照度摄像机•可以工作在照度较低的环境中（如黎明、黄昏、暗光下），最低照度为0.1～0.5LUX。●微光摄像机•如果以工作在月光、星光甚至伸手不见五指的阴天、漆黑的夜间、最低照度可达0.0001LUX。黎连业2019/8/814按摄像器件的种类来分●摄像管摄像机•摄像管是一种真空电子管，它是利用电子束扫描把景场的光学图像转换成电信号的，现在已使用光电导摄像管。它是在管内设置光电导靶，利用光电效应来实现光电转换的。●固体摄像器件摄像机（又称固体摄像机）•它是采用CCD电荷藕合器件，现已取代摄像管。黎连业2019/8/815按适用光谱范围来分●可见光电视摄像机•只能摄取被可见光照射下的景物图像，一般常用的、通用性摄像机均为可见光电视摄像机。●非可见光电视摄像机•包括X射线摄像机、红外摄像机和紫外线摄像机，•非可见光电视摄像机一般是指红外线电视、紫外线电视和X射线电视摄像机，它是将人们眼睛看不见的信息转变为可见光图像信息，适用于特殊业务场合。黎连业2019/8/8161)红外电视摄像机红外电视摄像机分为主动红外、被动红外二种●主动红外电视摄像机主动红外是利用红外光源照射被摄物体，由红外电视摄像机摄取从物体反射回来的红外线光学图像，并转换成电信号后在监视器屏幕上显示出来。●被动红外电视摄像机被动红外不同于主动红外电视摄像机，它不需要红外光源，而是由红外摄像器件直接感受被摄物体自身射出的红外来成像的。黎连业2019/8/8172)紫外电视摄像机紫外电视摄像机需要有特制的紫外光学镜头和紫外光源滤色镜以及紫外摄像管。紫外电视摄像机主要用于指纹鉴定、伪造、涂改文件的识别。3)X射线电视摄像机X射线又称伦琴射线，波长很短，穿透能力很强，对人体有伤害性、并能使胶片感光和对某些物体发荧光。一般用于机场、港口、火车站等处的安全检查。黎连业2019/8/818（5）按摄像器件或像面的直径尺寸来分有1/2英寸、1/3英寸、2/3英寸、11/4英寸等不同成像面尺寸的摄像机，常用的有1/2、1/3、2/3英寸。（6）按摄像机的使用环境来分●演播室用摄像机体积大、需要安装在云台或三角架上。●便携式摄像机●演播室一便携两用机●电视监控用摄像机（7）按摄像机的用途来分●电视广播用的摄像机；●业务用的摄像机；●家庭用摄像机。黎连业2019/8/819（8）按结构组成来分●摄录一体化机；●摄录非一体化机；●一体化摄像机(一体化全能监视用的摄像机)；●快速球型摄像机（快球）；●网络摄像机；●自动跟踪的球型摄像机。黎连业2019/8/820一体化摄像机一体化摄像机与普通的摄像机相比，它在结构、性能上有着质的区别，表现在：●图象处理一体化摄像机采用数据处理技术，图象更清晰。●物理结构采用微处理器对系统的状态进行检测，能处理许多模拟电路无法处理的功能。增加了内置的高倍变焦镜头，机身和镜头一体化设计，使体积变小。由于结构上的改进，使之有着显著的特色：●防水功能好；●封性能好，受外界影响小•一体化摄像机寿命要比传统的摄像机短。•快速球型摄像机（快球）•快速球型摄像机是由云台、摄像机、变焦镜头以及球罩组成的一个整体、具有自动摇动、预置点设置、区域隐藏等功能，外观精美，安装方便的高价位产品。•快速球型摄像机根据使用区域分为室内快速球摄像机、室外快速摄像机。•室外快速球摄像机与室内型快速球摄像机相比，具有：耐热、耐寒、防雷击措施。快速球型摄像机能够进行360度全方位监控。黎连业2019/8/821网络摄像机•网絡攝像机是传统摄像机与网络视频技术相结合的新一代产品。除了具备一般传统摄像机所有的图像扑捉功能外,机内还内置了数字化压缩控制器和基于web的操作软件,使得视频数据经过压缩加密后,通过局域网internet或无线网络送至终端用户,而远端用户可在自己的pc机上使用标准的网络浏览器,根据网络摄像机自带的独立IP地址,对网络摄像机进行访问,实时监控目标现场的情况,并可对图像资料实现编辑和存储,还可以通过网络来控制摄像机的云台和镜头,进行全方位的控制。•网络摄像机从功能看,它在内部增加了对模拟视频进行数字化处理的芯片(DSP芯片)可从数字化的视频信号转换成符合网络传输协议(如TCP/IP协议)的数据流,送到网上传输;•从结构上看,是一种为内置镜头的一体化机种,网络摄像机的镜头是固定的,用户一般是不更换的.它的基本结构一般是由镜头、滤光器、影像传感器（CMOS或CCD）、图像处理器。压缩芯片和一个具有网络连接的接口组成。每一个网络摄像机都有自己的IP地址。在组建网络视频监控系统时，再加一个视频服务器。黎连业2019/8/822网络摄像机的主要优势是：•节省费用；•可扩展性好；•即插即用；•系统性能高；•网络中易于安装使用；•灵活集成。自动跟踪的球型摄像机•自动跟踪（AutoTrack）的球型摄像机(AutoDome)是一种新型的摄像机，它可以通过编程执行“智能巡逻”，即按照预先编程的巡逻路线扫描一个区域，当发现运动后，摄像机会停止继续执行巡逻的程序，而对目标图像变焦放大，并跟踪目标，以便将运动录像，并发出报警。这些动作都不需要操作人员的帮助，使操作人员能处理报警或采取其它行动。黎连业2019/8/823摄像机的技术参数摄像机（成像元件是CCD）的技术参数有如下18点：（1）尺寸:（2）清晰度（3）灵敏度（4）电子光圈﹑电子快门（5）自动增益控制（AGC）（6）信噪比（S/N）（7）输出信号的幅度（8）分辨力（9）伽马()校正(13)像素黎连业2019/8/824（10）白平衡与色还原性（11）同步方式(12)背景光补偿（BLC）(13)像素(14)镜头控制信号选择开关（VIDEO/DC）(15)细节电平选择开关（SOFT/SHARP）(16)无闪动方式（FLICKERLESS）(17)消耗功率(18)供电方式黎连业2019/8/825摄像机18点技术参数请参见中国电力出版社《安全防范工程设计与施工技术》(2008.1)第1版第88页到第91页的内容.黎连业2019/8/8263．摄像机常用的补偿器电缆•摄像机摄取的图像信号通常要经过视频同轴电缆传输到监控中心，而同轴电缆对视频信号的衰减量是随着传输信号频率的升高而加大的，一般规律是电缆中信号的衰减量与信号频率的平方根成正比，也就是说，传输电缆的分布电感和分布电容会选成视频信号高频衰减的频率特性，或者说造成了高频分量跌落的现象。•而且电缆越长，高频