视频监控系统的建设与运维

《视频监控系统的建设与运维》华夏捷通岗位能力培训项目授课人：讲解提纲①视频监控系统应用需求的发展历程②视频监控系相关产品及选型③网络视频监控系统搭建设计④视频监控系统施工规范⑤视频监控系统运维及故障排查⑥视频监控系统相关的行业标准⑦视频监控系统技术发展方向分析3一、视频监控系统应用需求的发展历程1.1背景上世纪70年代初，在北京交通管理已经开始使用视频监控系统视频监控系统还处于模拟监控时代，就已经被广泛应用在交通管理领域，为各地交通管理部门提供“可视化”服务。4一、交通视频监控系统应用需求的发展历程1.2最初的应用需求分析1.2.1应用需求分析要让监控中心指挥人员能看到外部的世界，我们就必须为他们提供一套能观察外部世界的系统，这个系统最少要具备以下功能：①能采集外部世界的实时影像；②具有观察实时影像的窗口；③能任意选择不同实时影像送到指定观察窗口，并且易被使用者操作；④能把获取实时影像传回到监控中心；如果使用者还关心已经发生过事情，那么这个系统还要具备以下功能：①能够记录所有获取的影像；②使用者调阅任地点与时间段的历史影像记录等这个系统我们称它为视频监控系统。针对交通应用的视频监控系统，我们称它为交通视频监控系统。2020/1/12一、视频监控系统的技术发展2020/1/12•第一阶段：模拟视频监控系统视频、音频信号的采集、传输、存储均为模拟形式、只适用于较小的地理范围、例如早期的银行使用的监控系统•第二阶段：基于电脑平台的数字视频监控（DVR）在计算机中安装视频压缩卡和相应的DVR软件、不同型号视频卡可连接1/2/4路视频，支持实时视频和音频、DVR又分为嵌入式和PC式第三阶段：网络数字视频监控系统(DVS)将传统的视频、音频及控制信号数字化，以IP包的形式在网络上传输，实现了视频/音频的数字化、系统的网络化、应用的多媒体化以及管理的智能化、例如网络视频服器这样的设备第四阶段：网络摄像机简单的说就是有网络接口的摄像机，它将采集到的视频信号进行数字化和压缩处理，最后将压缩后的视频数据经过网络接口传送出去。一、交通视频监控系统发展历程2020/1/12•二、视频监控系统的基本结构视频采集信息传输显示存储DVR模式采集卡模式典型的视频监控系统主要由前端设备和后端设备这两大部分组成，其中后端设备可进一步分为中心控制设备和分控制设备。前、后端设备有多种构成方式，它们之间的联系（也可称作传输系统）可通过电缆、光纤或微波等多种方式来实现。前端视频采集设备传输设备中心控制设备存储设备显示设备中心平台81.2最初的应用需求分析1.2.2产品需求分析摄像机要让监控中心指挥人员能看到外部的世界，我们首先必须为他们提供获取外部世界实时影像的设备——摄像机。摄像机（videocamera），其工作的基本原理都是把光学图象信号转变为电信号，以便于存储或者传输。当我们拍摄一个物体时，此物体上反射的光被摄像机镜头收集，使其聚焦在摄像器件的受光面（例如摄像管的靶面）上，再通过摄像器件把光转变为电能，即得到了“视频信号”。标准摄像机半球摄像机一体化摄像机云台摄像机球型云台摄像机二、视频监控系相关产品-摄像机2020/1/12二、视频监控系相关产品-摄像机分类按传感器类型分CMOS摄像机普通型摄像机日夜型摄像机按功能分按清晰度分标清摄像机高清摄像机红外摄像机按传输方式分模拟摄像机网络摄像机CCD摄像机枪机半球红外一体化普通半球防暴半球嵌入式半球红外半球其他迷你摄像机车载摄像机一体化球型摄像机云台摄像机2020/1/123、按摄像机的用途分有电视广播用摄像机、业务用摄像机和家用摄像机4、按摄像器件成像面的尺寸分有1/2、1/3、1/4、2/3英寸等摄像机5、按摄像器件的种类分有摄像管摄像机和固体（CCD）摄像机CMOS摄像机摄像管摄像机不属于固体摄像器件摄像机。CCDCMOS电荷藕合器件图像传感器CCD（ChargeCoupledDevice互补性氧化金属半导体CMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor）二、视频监控系相关产品-摄像机分类2020/1/12镜头图像传感器（CCD/CMOS）镜头座（C/CS）滤光片AGCTGDSP尾板视频信号二、视频监控系相关产品-摄像机组成12二、视频监控系统-摄像机基础知识摄像机工作原理摄像机是把光学图象信号转变为电信号传输，当我们拍摄一个物体时，此物体上反射的光被摄像机镜头收集，使其聚焦在摄像器件的受光面（摄像管的靶面）上，再根据三基色原理将光信号转换成RGB三路电信号通过摄像器件把光转变为电能，即得到了“视频信号”。注：R（红）、G（绿）、B（蓝）成像摄像机模组摄像机模组是摄像机的核心部件，光学图像是通过它，实现画面由光能到电能的转换。摄像机模组上有两个关键器件：感光器件，用于实现光能到电能的转换。DSP芯片，用于摄像机信号质量及辅助部件控制等。132.1摄像机2.1.1摄像机工作原理彩色摄像机的感光靶面每一个像素点由三个使用不同颜色彩色滤镜的光敏组成。当快门打开时，同样是整个图象一次同时曝光。即：G-R-G-B（绿-红-绿-蓝）模式。色彩二、视频监控系统-摄像机基础知识2020/1/121、电视标准，即电视制式。全世界现行的黑白电视制式有A、B、C、…N共14种，全世界现行的彩色电视制式有三大种：NTSC制、PAL制和SECAM制。中国采用的电视制式是PAL-D制。2、CCD尺寸，即成像靶面的大小（h×v）。各项尺寸1”(inch)2/3”(inch)1/2”(inch)1/3”(inch)1/4”(inch)垂直尺寸(v)9.6mm6.6mm4.8mm3.6mm2.7mm水平尺寸(h)12.8mm8.8mm6.4mm4.8mm3.6mm对角线尺寸16mm11mm8mm6mm4mm3、摄像器件的像素。像素——成像靶面是由许多点阵构成的，每个小圆点即为一个像素。像素越多，图像的分辨率就越高、越清晰。如某一CCD器件的像素为752H（水平）×582V（垂直），即像素为437664个。4、图像清晰度（TVL）图像清晰度又称水平解析度，用电视线（TVLine——TVL）来表示。其数值除与摄像器件及镜头的质量有关外，还与摄像机系统的电路通道的频带宽度有关。通常视频带宽增加1MHz，清晰度增加80TVL。清晰度与视频带宽有一下对应关系。二、视频监控系统-摄像机基本技术指标2020/1/125、摄像机的灵敏度或最低照度(LUX)这一指标反映了摄像机在较低光照条件下对景物成像的能力。一般情况，彩色摄像机要求的最低照度比黑白摄像机高，通常在1LUX以上。某些黑白摄像机的最低照度可低至0.0001LUX以下。6、信噪比信噪比是指摄像输出的图像信号强度与噪声强度之比，用dB表示。比值越大，噪声干扰越小，图像质量越高。一般应大于45dB以上。7、视频输出通常规定视频输出阻抗为75欧姆，信号幅度为1Vp-p。8、镜头接口摄像机的镜头接口有CS型和C型两种。CS型和C型镜头这两者的区别在于镜头的安装定位面与成像面之间的距离相差5mm。这里需注意的是CS型镜头要安装在C型接口的摄像机上，必须附加一个5mm的接圈，但C型镜头不能安装在CS型接口的摄像机上。二、视频监控系统-摄像机基本技术指标162.1摄像机2.1.1摄像机工作原理宽动态宽动态技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色而运用的一种技术。当在强光源（日光、灯具或反光等）照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。摄像机在同一场景中对最亮区域及较暗区域的表现是存在局限的，这种局限就是通常所讲的“动态范围”。宽动态技术是同一时间曝光两次，一次快，一次慢，再进行合成使得能够同时看清画面上亮与暗的物体。二、视频监控系统-摄像机基本技术指标172.1摄像机2.1.1摄像机工作原理超宽动态超宽动态，即：超低照度超宽动态。超低照度超宽动态摄像机是集低照度和宽动态两大功能于一体的摄像机，低照度可以在极其微弱的光照下工作的闭路电视摄像机。简单的照度概念如下：0.1Lux：暗光级0.01Lux：月光级0.001Lux及以下：星光级二、视频监控系统-摄像机基本技术指标2020/1/12摄像机镜头接口C接口和CS接口是工业摄像机最常见的国际标准接口，为1英寸－32UN英制螺纹连接口，C型接口和CS型接口的螺纹连接是一样的，区别在于C型接口的后截距为17.5mm，CS型接口的后截距为12.5mm。所以CS型接口的摄像机可以和C口及CS口的镜头连接使用，只是使用C口镜头时需要加一个5mm的接圈；C型接口的摄像机不能用CS口的镜头。摄像机的镜头接口有CS型接口和C型接口之分，其中C型接口的摄像机可通过接圈与CS型接口镜头连接。1/2”的镜头可以用于具有1/3”CCD芯片的摄像机。镜头镜头是摄像机必不可少的配套设备，其作用就是给摄像机提供成像的光源，摄像机只能通过光学镜头将景物的光像投射到成像靶面（摄像器件）上，才能完成摄像的光电转换。分类:•按光圈调整的方式分有：手动光圈镜头和自动光圈镜头•按镜头焦距是否可变方式分有：定焦镜头和变焦镜头•按镜头的尺寸（对应摄像器件尺寸）分有：1/3”、1/4”、1/2”、2/3”等•按镜头的安装方式分有：C型镜头和CS型镜头•按镜头参数可调整项目分有：一可变镜头、二可变镜头、三可变镜头•按镜头焦距的尺寸分有：广角镜头、远景镜头、标准镜头二、视频监控系统-摄像机镜头接口与镜头-12020/1/12二、视频监控系统-摄像机镜头接口与镜头-2202.1摄像机2.1.2摄像机镜头CCD变焦电机聚焦电机光圈电机电机控制电路镜头透镜组DSP控制模块摄像机自动光圈电动变焦镜头：与自动光圈定焦镜头相比增加了两个微型电机，其中一个电机与镜头的变焦环合，当其转动时可以控制镜头的焦距；另一电机与镜头的对焦环合，当其受控转动时可完成镜头的对焦。但是，由于增加了两个电机且镜片组数增多，镜头的体积也相应增大。6电动三可变镜头与自动光圈电动变焦镜头相比，只是将对光圈调整电机的控制由自动控制改为由控制器来手动控制。自动光圈电动变焦镜头手动变焦镜头二、视频监控系统-自动三可变镜头2020/1/121、镜头的焦距镜头焦距的尺寸直接影响所能摄取景物的大小。选择镜头时，应根据摄像机与被监控目标的距离和目标物的大小来选择镜头焦距的尺寸。镜头的焦距可由下式计算：f=v×D/V或f=h×D/H焦距=像场高×物距/视场高。2、视场角在成像面的尺寸一定的条件下，固定焦距的镜头就有一个固定的视野，通常用视场角来描述视野大小。长焦距镜头的视场角相对短焦距镜头的视场角要窄小。3、光圈的相对孔径每个镜头里都有一个光圈，其主要作用是控制光通量的大小，以满足摄像机所需的合适的照度，从而达到控制曝光量的目的。当监视目标照度有变化时，应采用自动光圈镜头。监视目标环境照度恒定或变化较小时宜选用手动可变光圈镜头。监视目标环境照度变化范围高低相差达到100倍以上，或昼夜使用的摄像机应选用自动光圈或遥控电动光圈镜头。二、视频监控系统-镜头选型222.1摄像机2.1.5摄像机外形分类泛指带镜头非一体化的摄像机；销售中通常需配摄像机支架；摄像机摄像机壁挂支架摄像机吸顶支架摄像机镜头摄像机模组摄像机壳二、视频监控系统-摄像机基础知识232.1摄像机2.1.5摄像机外形分类形态种类很多，例如：枪形一体机，半球摄像机等；销售中通常无需配摄像机支架；一体化摄像机枪形一体化摄像机半球形一体化摄像机摄像机镜头摄像机模组摄像机壳二、视频监控系统-摄像机基础知识242.1摄像机2.1.5摄像机外形分类云台摄像机摄像机自动镜头摄像机云台及防护罩二、视频监控系统-摄像机基础知识252.1摄像机2.1.5摄像机外形分类球型云台摄像机一体化摄像机机芯球型云台二、视频监控系统-摄像机基础知识262.1摄像机2.1.3摄像机云台摄像机云台是两个