8[1]楼宇自动化-安全技术防范系统(二)

8．3闭路电视监控系统电视监控系统的前端设备通常由摄像机、手动或电动镜头、云台、防护罩、监听器、报警探测器和多功能解码器等部件组成，通过有线、无线或光纤传输媒介与中心控制系统的各种设备建立相应的联系(传输视／音频信号及控制、报警信号)。8．3．1摄像机的工作原理与分类摄像机以面阵CCD图像传感器外加同步信号产生电路、视频信号处理电路及电源等组成。摄像头的主要传感部件是CCD（电荷耦合器件chargecoupledevice)，它具有灵敏度高、畸变小、寿命长、抗震、抗磁场、体积小、无残影等特点，它能够将光线变为电荷并可将电荷存储及转移、也可将存储的电荷取出使电压发生变化，因此是理想的摄像元件。1．CCD的工作原理被摄物体反射光线，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、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。上：增光镜片中：色块网格下：感应线路2．CCD摄像机的选择和分类CCD可采取如下方法检测：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，而且不需要其他专用仪器。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。(1)成像色彩划分＞彩色摄像机：适用于景物细部辨别，如辨别衣着或景物的颜色。＞黑白摄像机；适用于光线不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，可选用黑白银像机。(2)分辨率灵敏度划分影像像素在38万以下为一般型，其中尤以25万像素的产品最普通；影像像素在38万以上的为高分辨率型。(3)按CCD靶面大小划分目前采用的芯片大多数为1／3英寸和1／4英寸。CCD与镜头的配合情况将直接影响视场角的大小和图像的消晰政。具体包括：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)按扫描制式划分按扫描制式可划分为PAL制和NTSC制。中国采用隔行扫描(PAL逐行倒像正交平衡调幅制)制式(黑白为CCIR)，标准为625行，50场，只有医疗或其他专业领域才用到一些非标准制式。另外，日本为NTSC（正交平衡调幅制）制式(黑白为EIA)，525行，60场。(5)按供电电源划分按供电电源分为110VAC，220VAC，24VAC，12VDC或9VDC(微型摄像机多属此类)几种类型。(6)按同步方式划分内同步：用摄像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，将同步信号送入摄像机的外同步输入端。功率同步(线性锁定，1inelock)：用摄像机AC电源完成垂直推动同步。外VD同步：将摄像机信号电缆上的VD同步脉冲输入完成外VD同步。多台摄像机外同步：对多台摄像机固定外同步，使每一台摄像机可以在同样的条件下作业，因各摄像机同步，这样即使其中一台摄像机转换到其他景物，同步摄像机的画面亦不会失真。(7)按照度划分＞普通型：正常工作所需照度为l－3LUX(勒克斯)。＞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，在没省光线的情况下也可以成像。(8)按外观分分为机扳型、针孔型、半球型。3CCD彩色摄像机的主要技术指标(1)CCD尺寸(即摄像机靶面)原多为1／2英寸，现在l／3英寸普及。(2)CCD像素CCD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。有些摄像机给出了水平及垂直方向的像素数，如500(高)x582(宽)，有些则给出了前两者的乘积值，如30万像素。(3)水平分辨率彩色摄像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TVLINES)表示。分辨率与CCD和镜头有关，还与摄像头电路通道的频带宽度相关，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)最小照度最小照度也称灵敏度。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像机可工作在很暗条件，2—3LUX属一般照度，现在也有低于1LUx的普通摄像机。(5)扫描制式(6)摄像机电源(7)信噪比信噪比典型值为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)视频输出视频输出多为lVp-p，75Ω，均采用BNC接头。(9)镜头安装方式镜头安装有C和CS方式，二者间不同之处在于感光距离不同。8．3．2CCD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、价格和今后服务等因素。以下对摄像机的几个主要参数作介绍。1．CCD尺寸及像素数2．分辨率分辨率是衡量摄像机优劣的一个重要参数，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。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。3．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摄像机输出的视频传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，当被摄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(标推视频信号最大幅值为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，将是一屏很难分辨层次的、灰暗的图像。4．信噪比及伽玛校正系数信噪比是信号对于噪声的比值取对数后乘以20，单位为分贝(dB)。一般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。伽玛校正系数典型值为γ＝0.45。5．CCD摄像机的附带功能(1)电动光圈接口标准CCD摄像机带有驱动自动光圈镜头的接口，其中有些提供一种驱动方式(通常为视频驱动方式)，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，可以配接任何自动光圈镜头。视频驱动(videoDriver，简称VD)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(DCDriver，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。(2)电子快门电子快门(ElectronicShutter)是比较照相机的机械快门功能提出的一个术语，它相当于控制CCD图像传感器的感光时间。出于CCD感光的实质是信号电荷的积累，则感光时间越长，信号电荷的积累时间就越长，输出信号电流的幅值也就越大。通过调整光生信号电荷的积累时间(即调整时钟脉冲的宽度)，即可实现控制CCD感光时间的功能。(3)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。为了能在不同的景物照度条件下都能输出标准视频信号，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。(4)背光补偿背光补偿(back—lightCompensation)也称做逆光补偿或逆光补正，它可以有效地补偿摄像机在逆光环境下拍摄时画面主体黑暗的缺陷。(5)线锁定同步线锁定同步（LineLock）是一种利用交流电源来锁定摄像机场同步脉冲的—种同步方式。当图像出现因交流电源造成的网波干扰时，将此开关拨到线锁定同步(LL)的位置，就可消除交流电源的干扰。8．3．3镜头的主要参数与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、标准、远摄镜头；从结构上分，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。1．镜头的参数(1)成像尺寸镜头一般可分为25．4mm(1英寸)、16．9(2/3英寸)、12.7mm(1／2英寸)、8．47mm(1／3英寸)和6．35mm(1／4英4)等几种规格，它们分别对应不同的成像尺寸，选用镜头时，应使镜头的成像尺寸与摄像机的靶面尺寸大小相吻合。(2)焦距在实际应用中，用不同焦距的镜头对同一位置的某物体摄像，配长焦距镜头的摄像机所摄取的景物尺寸就大，配短焦距镜头的摄像机所摄取的景物尺寸就小。理论上，任何一种镜头均可拍摄很远的物体，并在靶面上成一很小的像，但受CCD单元(像素)物理尺寸的限制，当成像小到小于CCD传感器的一个像素大小时便不能形成被摄物体的像，即使成像有几个像素大小，该像也难以辨识。当己知被摄物体的大小及该物体到镜头的距离时，可根据下式估算出选取镜头的焦距：f=hD／Hf=vD／V式中，D力镜头中心到被摄物体的距离；H和V分别为被摄物体的水平尺寸和垂直尺寸；v为靶面成像高度；h为靶面成像的水平宽度。(3)相对孔径为了控制通过镜头的光通量大小，在镜头的后部均设置了光阑(又称光圈）。假定光阑的有效孔径为d，由于光线折射的关系，镜头实际的有效孔径为D，D与焦距f之比定义相对孔径A，即镜头的相对孔径决定于被摄像的照度，像的照度E与镜头的相对孔径平方成正比，一般习惯上用相对孔径的倒数来表示镜头光阑的大小，即式中，F—称为光阐F数，标注在镜头光阐调整图上，其标值为1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22等值，每两个相邻数值中，后一个数值是前一个数值的倍。由于像面照度与光阐的平方成正比，所以光阐每变化一档，像面亮度就变化一倍。F值越小，光阐越大，到达摄像机靶面的光通量就越大。2(4)视场角镜头有一个确定的视野，镜头对这个视野的高度和宽度的张角称为现场角。视场角与镜头的焦距f及摄像机靶面尺寸(水平尺寸h及垂直尺寸v)的大小有关，镜头的水平视场角ah及垂直视场角av可分别由下式计算，即由以上两式可知，镜头的焦距f越短，其视场角越大，摄像机靶面尺寸h或v越大，其视场角也越大。如果所选择的镜头的视场角太小，可能会因出现监视死角而漏坚；而若所选样的镜头的视场角太大，又可能造成被监视的主体画面尺寸太小，难以辨认，且画面边缘出现畸变。(5)接口镜头的安装方式有C型安装和CS型安装两种。在电视监控系统中常用的镜头是C型安装镜头，这是一种国际公认的标准。这种镜头安装部位的口径是25．4mm，从镜头安装基准面到焦点的距离是17.526mm。大多数摄像机的镜头接口则做成CS型，因此将C型镜头安装到CS接口的摄像机时需增配一个5mm厚的接圈。2．镜头的种类(1)固定光圈定焦镜头镜头上没有光圈调整环，