安全防范系统培训教材0803

安全防范系统培训教材何雪明2010年8月安全防范是社会公共安全的一部分，安全防范行业是社会公共安全行业的一个分支。就防范手段而言，安全防范包括人力防范、实体（物）防范和技术防范三个范畴。其中人力防范和实体防范是古已有之的传统防范手段，它们是安全防范的基础，随着科学技术的不断进步，这些传统的防范手段也不断融入新科技的内容。技术防范的概念是在近代科学技术用于安全防范领域并逐渐形成的一种独立防范手段的过程中所产生的一种新的防范概念。§我们今天所讲的安全防范就是指技术防范，主要就是闭路电视监控系统。第一章闭路电视监控系统§闭路电视监控系统是对建筑物内重要部位的事态、人流等动态状况进行宏观监视、控制，以便对各种异常情况进行实时取证、复核，达到及时处理的目的。在人们无法或不可能直接观察的场所，能实时、形象、真实地反映被监控对象的画面，已成为人们在现代化管理中监视、控制的一种极为有效观察工具。闭路电视监控系统课程内容§一、系统的组成和基本要求§二、系统的基本设置§三、主要设备的选择§四、设备的安装§五、监控各组件的工作原理、用途介绍§六、系统调试一、系统的组成和基本要求1、系统的组成§系统由前端设备、传输部分、控制部分及显示部分组成。1.1前端部分§前端部分是电视监控系统的前沿部分，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。从整个系统来讲，摄像部分是系统的原始信号源。因此，摄像部分的好坏以及它产生的图像信号的质量将影响着整个系统的质量。所以，认真选择和处理摄像部分是至关重要的。在室外应用的情况下，为了防尘、防雨、抗高低温、抗腐蚀等，对摄像机及其镜头还应加装专门的防护罩，甚至对云台也要有相应的防护措施。电源镜头、摄像机支架、护罩云台、云台控制器电源前端的设备有1.2传输部分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。但是，由于某些系统中除图像外，还要传输声音信号，同时，由于需要有控制中心通过控制台对摄像机、镜头、云台、防护罩等进行控制，因而在传输系统中还包含有控制信号的传输，所以我们这里所讲的传输部分，通常是指所有要传输的信号形成的传输系统的总和。1.2传输部分如前所述，传输部分主要传输的内容是图像信号。因此重点研究图像信号的传输方式及传输中有关问题是非常重要的。对图像信号的传输，重点要求是在图像信号经过传输系统后，不产生明显的噪声、失真（色度信号与亮度信号均不产生明显的失真），保证原始图像信号（从摄像机输出的图像信号）的清晰度和灰度等级没有明显下降等等。这就要求传输系统在衰减方面、引入噪声方面、幅频特性和相频特性方面有良好的性能。1.2传输部分在传输方式上，目前电视监控系统多半采用视频线传输方式。如果在摄像机距离控制中心较远的情况下，也有采用双绞线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。1.3控制部分控制部分是整个系统的“心脏”和“大脑”，是实现整个系统功能的指挥中心。控制部分主要由总控制台（有些系统还设有副控制台）组成。总控制台中主要的功能有：视频信号放大与分配、图像信号的较正与补偿、图像信号的切换、图像信号（或包括声音信号）的记录、摄像机及其辅助部件（如镜头、云台、防护罩等）的控制（遥控）等等。1.3控制部分在上述的各部分中，对图像质量影响最大的是放大与分配、校正与补偿、图像信号的切换三部分。在某些摄像机距离控制中心很近、或对整个系统指标要求不高的情况下，在总控制台中往往不设较正与补偿部分。总控制台的另一个重要方面是能对摄像机、镜头、云台、防护罩等进行遥控，以完成对被监视的场所全面、详细的监视或跟踪监视。总控制台上设有的录像机，可以随时把发生情况的被监视场所的图像记录下来，以便事后备查或作为重要依据。1.3控制部分有的总控制台上设有“多画面分割器”，如四画面、九画面、十六画面等等。也就是说，通过这个设备，可以在一台监视器上同时显示出四个、九个、十六个摄像机送来的各个被监视场所的画面，并用一台常规录像机或长延时录像机进行记录。上述这些功能的设置，要根据系统的要求而定，不一定都采用。1.4显示部分显示部分一般由几台或多台监视器（或带视频输入的电视机）组成。它的功能是将传送过来的图像一一显示出来。在电视监视系统中，特别是在由多台摄像机组成的电视监控系统中，一般都不是一台监视器对应一台摄像机进行显示，而是几台摄像机的图像信号用一台监视器轮流切换显示。这样做一是可以节省设备，减少空间的占用；二是没有必要一一对应显示。因为被监视场所的情况不可能同时发生意外情况，所以平时只要隔一定的时间（比如几秒或几十秒）显示一下即可。1.4显示部分当某个被监视的场所发生情况时，可以通过切换器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。所以，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。目前，常用的摄像机对监视器的比例数为四比一，即四台摄像机对应一台监视轮流显示，当摄像机的台数很多时，再采用八比一或十六比一的设置方案。2、系统的基本要求按照防护目标及监视的基本要求，对重要部位安装摄像机；图像应能自动及手动切换，画面上应有摄像机编号等；重要部位报警联动；重要部位24小时录像二、系统的基本设置1、安装的部位2、确定摄像机的布局和数量3、确保控制设备的容量应有扩展的余地4、自成网络并能与报警联动5、监控集中管理三、主要设备的选择1、电视监控系统的选型原则1、1系统组成形式的选择单头单尾系统多头单尾系统单头多尾系统多头多尾系统1、2主控制台主要有视频分配器、矩阵、控制键盘、录像机、显示器等组成。根据信号处理方式的不同，矩阵可分为模拟矩阵和数字矩阵。2、摄像机的选择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摄像机仍为CCD摄像机。2、1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。2、1摄像机的主要参数2、1、1CCD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。2、1、2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。清晰度有水平和垂直两种，一般用小平清晰度表示。目前黑白摄像机的水平清晰度一般应大于500线，彩色的一般应大于420线。2、1、3照度照度用单位LUX表示，形象地讲1LUX大约等于1烛光在1米距离的照度，我们在摄像机参数规格中常见的最低照度。表示该摄像机只需在所标示的LUX数值下，即能获取清晰的影像画面，此数值越小越好，说明CCD的灵敏度越高。同样条件下，黑白摄像机所需的照度远比尚须处理色彩浓度的彩色摄像机要低10倍。一般情况：夏日阳光下为100，000LUX；阴天室外为10000LUX；室内日光灯为100LUX；距60W台灯60CM桌面为300LUX；电视台演播室为1000LUX；黄昏室内为10LUX；夜间路灯为0.1LUX；烛光（20CM远处）10～15LUX。2、1、4电源摄像机电源常用的有12VDC、24VAC，220VAC，一般采用UPS集中供电。2、1、5其它参数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。2、1、5其它参数A、电动光圈接口目前在市场上见到的标准CCD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）供用户选择，因此，它可以配接任何自动光圈镜头。这里，视频驱动方式是指摄像机将视频信号电平输出到自动光圈镜头的内部，再由其内部的驱动电路输出控制电压，使镜头光圈调整电动机转动；直流驱动（简称DD）方式则是指摄像机内部增加了镜头光圈电动机的驱动电路，可以直接输出直流控制电压到镜头内的光圈电动机并使其转动，因此，具有直流驱动接口的摄像机的成本就稍许高一些（因为增加了一部分电路），但所选配的自动光圈镜头则因其内部不含有驱动电路而体积稍小一些，价格也就低一些。2、1、5其它参数B、自动增益控制摄像机输出的视频信号必须达到电视传输规定的标准电平。即，为了能在不同的景物照度条件下都能输出的标准视频信号，必须使放大器的增益能够在较大的范围内进行调节。这种增益调节通常都是通过检测视频信号的平均电平而自动完成的，实现此功能的电路称为自动增益控制电路，简称AGC电路。具有AGC功能的摄像机，在低照度时的灵敏度会有所提高，但此时的噪点也会比较明显。这是由于信号和噪声被同时放大的缘故。2、1、5其它参数C、背光补偿背光补偿也称逆光补偿，它可以有效补偿摄像机在逆光环境下拍摄时画面主体黑暗的缺陷。当引入背光补偿功能时，摄像机仅对整个视场的一个子区域（如从第80行~200行的中心区域）进行检测，通过求此区域的平均信号电平来确定AGC电路的工作点。由于子区域的平均电平很低，AGC放大器会有较高的增益，使输出视频信号的幅值提高，从而使监视器上的主体画面明朗。此时的背景画面会更加明亮，但其与主体画面的主观亮度差会大大降低，整个视场的可视性得到改善。3、镜头的选择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、中焦距、长焦距和变焦距镜头；从视场的大小分类，可分为广角(视角90度以上)、标准(视角30度左右)、远摄镜头(视角20度以内)；从结构上分类，还可分为固定光圈定焦镜头、手动光圈定焦镜头、自动光圈定焦镜头、手动变焦镜头、自动光圈电动变焦镜头、电动三可变镜头（指光圈、焦距、聚焦这三者均可变）等类型。由于镜头选择得合适与否，直接关系到摄像质量的优劣，因此，在实际应用中必须合理选择镜头。3、镜头的选择镜头的选择镜头：摄取图像的窗口，其参数包括尺寸、焦距、相对孔径视场角等。尺寸：25.4mm(1in)\16.9mm(2/3in)\12.7mm(1/2in)8.47mm(1/3in)\6.35mm(1/4in)1、固定光圈定焦镜头（2.3\2.8\3.6\4\6\8\12\16mm)2、手动光圈定焦镜头(2.3\2.8\3.6\4\6\8\12\16\25\50\75mm)3、自动光圈定焦镜头(2.3\2.8\3.6\4\6\8\12\16\25\35\50mm)4、手动变焦镜头(8.5-51\12.5-75\11-110\16-160mm)5、自动光圈电动变焦镜头6、电动三可变镜头7、针孔镜头(4\6\8\mm)3、1焦距的计算镜头的焦距，视场大小及镜头到被摄取物体的距离的计算如下：f=vD/Vf=hD/H3、1焦距的计算f：镜头焦距v：图象的宽度（被摄物体在ccd靶面上成象宽度）V：被摄物体宽度D：被摄物体至镜头的距离h：图象高度（被摄物体在ccd靶面上成像高度）视场