视频监控系统基础知识培训教程

赛弗豪斯(厦门)电子科技有限公司视频监控系统内部培训资料第1页共69页第一章视频监控系统的介绍1.1视频监控系统的现状虽然中国安防产业的发展比国外发展较快的国家延迟了近20年，城市治安管理应用安防监控技术的起步较晚，但是实际上从90年代中期开始，我国就已经开始了较大规模的城市监控应用，随着中国经济建设的不断发展，安防产品的应用领域也越来越广泛（如政府机关、道路交通、教育、金融、电信、石油、电力水利等），智能建筑、大型公共场所、工厂企业、商场、新型社区等大量增加，新增需求点越来越多；再有，随着居民收入的提高，消费水平和结构发生了较大的变化，人们的自我保护意识也有所改变，大多数人愿意通过安全产品保障自己的财产及生命安全，从而使安全产品的需求不断提高；另一方面，“911事件”以后国际恐怖活动猖獗，极大刺激了世界各国对安防产品的进口需求，同时，由政府推动的“应急体系”、“平安社会”、“平安城市”、“科技强警”、“3111”工程等重大项目的实施，也有力地促进了公安及社会各方面对安防产品需求的升温。据统计2006年规模以上社会公共安全设备及器材企业实现工业总产值同比增长34.44%；2007年全国安防防范行业的市场规模为958亿元同比增长31.05%。在宏观经济有利因素的带动下，预计2008年至2010年安全防范行业的增长率分别为23.69%、23.70%、21.39%。安防产品市场按产品类别来分，可以划分为视频监控产品市场、出入控制产品市场、防盗报警产品市场、其他市场四部分，而视频监控产品是市场的主体占到总体的56.5%。我们的视频监控产品市场是非常大的。在国内外市场上，主要推出的是数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两类产品。前者技术发展已经非常成熟、性能稳定，并在实际工程应用中得到广泛应用；后者是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统，该系统解决了模拟系统部分弊端而迅速崛起，但仍需进一步完善和发展。目前，视频监控系统正处在数控模拟系统与数字系统混合应用并将逐渐向数字系统过渡的阶段。前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化是视频监控系统公认的发展方向，而数字化是网络化的前提，网络化又是系统集成化的基础，所以，视频监控发展的最大两个特点就是数字化和网络化。赛弗豪斯(厦门)电子科技有限公司视频监控系统内部培训资料第2页共69页1、数字化数字化是21世纪的特征，是以信息技术为核心的电子技术发展的必然，数字化是迈向成长的通行证，随着时代的发展，我们的生存环境将变得越来越数字化。视频监控系统的数字化首先应该是系统中信息流(包括视频、音频、控制等)从模拟状态转为数字状态，这将彻底打破“经典闭路电视系统是以摄像机成像技术为中心”的结构，根本上改变视频监控系统从信息采集、数据处理、传输、系统控制等的方式和结构形式。信息流的数字化、编码压缩、开放式的协议，使视频监控系统与安防系统中其它各子系统间实现无缝连接，并在统一的操作平台上实现管理和控制，这也是系统集成化的含义。3、网络化视频监控系统的网络化将意味着系统的结构将由集总式向集散式系统过渡。集散式系统采用多层分级的结构形式，具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统以实现抢先任务调度算法的快速响应。组成集散式监控系统的硬件和软件采用标准化、模块化和系列化的设计，系统设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机界面友好以及系统安装、调试和维修简单化，系统运行互为热备份，容错可靠等优点。系统的网络化在某种程度上打破了布控区域和设备扩展的地域和数量界限。系统网络化将使整个网络系统硬件和软件资源的共享以及任务和负载的共享，这也是系统集成的一个重要概念。1.2视频监控系统的构成简介电视监控系统的英文缩写是：CCTV(closed-circuittelevision),闭路电视监控系统是一个跨行业的综合性保安系统，该系统运用了世界上最先进的传感技术、监控摄像技术、通讯技术和计算机技术，组成一个多功能全方位监控的高智能化的处理系统。闭路电视监控系统因其能给人最直接的视觉、听觉感受，以及对被监控对象的可视性、实时性及客观性的记录，因而已成为当前安全防范领域的主要手段，被广泛应用。.一个完整的闭路电视监控系统主要由前端音视频数据采集设备、传送介质、终端监视、录像和控制设备组成。前端设备：是指系统前端采什么集音视频信息的设备。操作者通过前端设备获取必要的声音、图像及报警等需要被监视的信息。系统前端设备主要包括摄像机、镜头、云台、解码控制器、和报警探测器等。赛弗豪斯(厦门)电子科技有限公司视频监控系统内部培训资料第3页共69页传送介质：是将前端设备采集到的信息传送到控制设备及终端设备的传输通道。主要包括视频线、电源线和信号线，一般来说，视频信号采用同轴视频电缆传输，也可用光纤、微波、双绞线等介质传输。控制设备：是整个系统的最重要的部分，它起着协调整个系统运作的作用。人们正是通过控制设备来获取所需的监控功能。满足不同监控目的的需要。控制设备主要包括音、视频矩阵切换控制器、控制键盘、报警控制器和操作控制台。终端设备：是系统对所获取的声音、图像、报警等信息进行综合后，以各种方式予以显示的设备。系统正是通过终端设备的显示来提供给人最直接的视觉、听觉感受，以及被监控对象提供的可视性、实时性及客观性的记录。系统终端设备主要包括监视器、录像机等。赛弗豪斯(厦门)电子科技有限公司视频监控系统内部培训资料第4页共69页第二章摄像部分2.1摄像机的分类摄像机依感光元器件可分为CCD摄像机和CMOS摄像机。CCD和CMOS在制造上的主要区别是CCD是集成在半导体单晶材料上，而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上，工作原理没有本质的区别。CCD是电荷耦合器件（chargecoupleddeice）的简称。CCD摄像机可以依成像色彩划分、分辨率划分、灵敏度划分、按CCD靶面大小划分等1、依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，可选用黑白摄像机。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。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。赛弗豪斯(厦门)电子科技有限公司视频监控系统内部培训资料第5页共69页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）；220VAC24VAC12VDC9VDC（微型摄像机多属此类）。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，linelock）：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，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8、按动态范围分类普通型：普通摄像机可提供3:1对比度的动态范围（人眼可接受的对比度为1000：1）宽动态：宽动态的摄像机要求是在非常强烈的光照对比下也能看到影像的细节。宽动态赛弗豪斯(厦门)电子科技有限公司视频监控系统内部培训资料第6页共69页摄像机比传统只具有3:1动态范围的摄像机超出了几十倍以上。CCD和CMOS的区别CCD传感器将信号电荷包按照一定的次序转移到一个公共的输出结构中，在这里信号电荷被转换为电压，同时作为一个缓冲区域将其送出。CMOS图象传感器中，信号电荷到电压的转换在每个象素内部进行。尽管CCD表示“电荷耦合器件”而CMOS表示“互补金属氧化物半导体”，从技术的角度比较，CCD与CMOS有如下四个方面的不同：赛弗豪斯(厦门)电子科技有限公司视频监控系统内部培训资料第7页共69页1.信息读取方式CCD电荷耦合器存储的电荷信息，需在同步信号控制下一位一位地实施转移后读取，电荷信息转移和读取输出需要有时钟控制电路和三组不同的电源相配合，整个电路较为复杂。CMOS光电传感器经光电转换后直接产生电流（或电压）信号，信号读取十分简单。2.速度CCD电荷耦合器需在同步时钟的控制下，以行为单位一位一位地输出信息，速度较慢；而CMOS光电传感器采集光信号的同时就可以取出电信号，还能同时处理各单元的图像信息，速度比CCD电荷耦合器快很多。这个优点使得CMOS传感器对于高帧摄像机非常有用，高帧速度能达到400到100000帧/秒。3.电源及耗电量CCD电荷耦合器大多需要三组电源供电，耗电量较大；CMOS光电传感器只需使用一个电源，耗电量非常小，仅为CCD电荷耦合器的1/8到1/10，CMOS光电传感器在节能方面具有很大优势。4.成像质量CCD电荷耦合器制作技术起步早，技术成熟，采用PN结或二氧化硅（SiO2）隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS光电传感器有一定优势。由于CMOS光电传感器集成度高，各光电传感元件、电路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰较严重，噪声对图像质量影响很大，使CMOS光电传感器很长一段时间无法进入实用。近年，随着CMOS电路消噪技术的不断发展，为生产高密度优质的CMOS图像传感器提供了良好的条件。此外，CCD与CMOS两种传感器在“内部结构”和“外部结构”上都是不同的：1.内部结构（传感器本身的结构）CCD的成像点为X－Y纵横矩阵排列，每个成像点由一个光电二极管和其控制的一个邻近电荷存储区组成。光电二极管将光线（光量子）转换为电荷（电子），聚集的电子数量与光线的强度成正比。在读取这些电荷时，各行数据被移动到垂直电荷传输方向的缓存器中。每行的电荷信息被连续读出，再通过电荷/电压转换器和放大器传感。这种构造产生的图像具有低噪音、高性能的特点。但是生产CCD需采用时钟信号、偏压技术，因此整个构造复杂，增大了耗电量，也增加了成本。CMOS传感器周围的电子器件，如数字逻辑电路、时钟驱动器以及模/数转换器等，可在同一加工程序中得以集成。CMOS传感器的构造如同一个存储器，每个成像点包含一个光电二极管、一个电荷/电压转换单元、一个重新设置和选择晶体管，以及一个放大器，覆盖赛弗豪斯(厦门)电子科技有限公司视频监控系统内部培训资料第8页共69页在整个传感器上的是金属互连器（计时应用和读取信号）以及纵向排列的输出信号互连器，它可以通过简单的X－Y寻址技术读取信号。2.外部结构（传感器在产品上的应用结构）CCD电荷耦合器需在同步时钟的控制下，以行为单位一位一位地输出信息，速度较慢；而CMOS光电传感器采集光信号的同时就可以取出电信号，还能同时处理各单元的图像信息，速度比CCD电荷耦合器快很多。CMOS光电传感器的加工采用半导体厂家生产集成电路的流程，可以将