监控基础资料基础

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监控基础资料基础安防监控系统的基本构成一、前言、随着科技的发展，楼宇日益高层化、大型化，一些重要场所的周边环境也更加复杂化，加之现在罪犯的作案手段也日益现代化，人们的保安工作显得益加重要和费力。现在，传统的保安措施是难以达到预期的保安效果。这样，采用现代电子技术的各种安全防范手段应运而生，这些安保措施在现在的安保系统中扮演着益来益重要的角色，闭路电视监控就是其中最直观、最有效的现代保安措施之一。闭路电视监控系统采用现代应用电视技术，该系统具有最直观、简洁等优点深受保安人员的欢迎，现在一些较先进的电视监控系统采用微电脑控制技术，变得更加智能化，是系统操作变得更加简单、有效。利用闭路电视监控系统，保安人员不必亲临现场即可随时掌握现场，从而达到节省人力、物力，却能达到传统保安措施不能达到的效果。二、电视监控系统的类型电视监控系统的分类标准不一，根据不同的分类标准，常见的电视监控的类型如下：1、按系统大小分类按系统大小，电视监控系统可分为：小型系统、中型系统、大型系统三种。系统大小分类方法较为模糊，一般我们按前端摄像机的数量为主要依据，一般来说，前端摄像机数量小于16路，称之为小型系统；摄像机数量在16-64路，为中型系统；摄像机数量大于64路称之为大型系统。2、按传输方式分类按信号传输方式，电视监控可分为：有线系统和无线系统两种。有线系统指摄像机图像信号通过电缆或光缆的方式进行传输，无线系统主要指摄像机图像通过无线电或微波的方式进行传播。目前我国绝大多数场合均采用有线传输系统。3、按系统中心离监控现场的距离分类按系统监控中心离监控现场的距离可分为：本地监控和远程监控两种。本地监控是指监控中心离摄像机监控点位置较近，一般在1000米以内。而远程监控系统指监控中心离摄像机监控点较远，随着数字硬盘录像机的普及，现在先进的数码监控系统可以做到在全球范围内的远程监控。二）电视监控的基本组成电视监控系统主要由图像产生、图像传输、图像处理及控制、图像显示四部分组成。电视监控系统组成框图如下：1、图像产生—摄像机摄像机主要有CMOS和CCD两种，CMOS摄像机有功耗低、成本低两个优点，但因图像效果与CCD摄像机相比还是有较大差距，因此，目前监控行业基本上都采用CCD摄像机作为监控系统前端图像采集使用，CCD摄像机具有实用照度低、图像清晰度高、工作寿命长、重量轻、体积小等明显优点，性能价格比较高，故使用最广泛。2、图像传输 图像传输分为有线和无线两种。无线传输利用无线电技术传输监控图像。无线传输具有无需布线、设备安装、更改简单，但图像质量略差，信号容易受到干扰，稳定性差，目前应用场合较少。而有线传输有多种传输媒介，其传输媒介有同轴电缆、光纤电缆。同轴电缆安装简单、图像质量好、成本低，但传输距离较短，目前同轴电缆主要有SYV-75-5，SYV-75-7等。光纤传输图像质量好，传输距离长，但成本较高，安装工艺要求高，光缆种类中要有单模和多模之分。光缆传输主要应用于对图像实时性和图像质量要求较高，而且传输距离较长的场合。3、图像处理、控制图像处理主要对前端传来的信号进行加工、处理，并能对前端设备进行相关控制。常见的设备有：画面分割器、画面处理器、矩阵控制器等。随着电脑的普及，越来越多的电视监控系统采用硬盘录像机作为图像处理及管理中心。现在硬盘录像机已经在图像录像、控制系统设备中在主导地位。画面分割器、矩阵控制器还有一定应用场合，但已经成为一种辅助控制设备。4、图像显示图像显示设备主要有监视器，监视器具有工作时间长、可靠性高等优点，所以大多数监视控制系统都采用监视器作为图形显示设备。一些小型的应用场合考虑价格因素，也有采用电视机作为显示设备的。当然在中小型监控系统中，应用硬盘录像机作为控制中心设备，因此其显示设备也采用电脑显示器作为系统显示设备。电脑显示器主要有分辨率高、操作人不易产生视觉疲劳等优点，故现在应用日益广泛。闭路电视监控系统除有以上四部分外，一般还有图像存储和图像输出设备，图像存储设备主要有长时间录像机和硬盘或磁带机（现在主要有硬盘录像机替代），视频输出设备有视频打印机等。监控基础知识典型的电视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。电视监控系统由摄像机部分（有时还有麦克）、传输部分、控制部分以及显示和记录部分四大块组成。在每一部分中，又含有更加具体的设备或部件。1.1主要设备1.1.1摄像部分摄像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。有时，被监视场所面积较大，为了节省摄像机所用的数量、简化传输系统及控制与显示系统，在摄像机上加装电动的（可遥控的）可变焦距（变倍）镜头，使摄像机所能观察的距离更远、更清楚；有时还把摄像机安装在电动云台上，通过控制台的控制，可以使云台带动摄像机进行水平和垂直方向的转动，从而使摄像机能覆盖的角度、面积更大。总之，摄像机就像整个系统的眼睛一样，把它监视的内容变为图像信号，传送给控制中心的监视器上。由于摄像部分是系统的最前端，并且被监视场所的情况是由它变成图像信号传送到控制中心的监视器上，所以从整个系统来讲，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。从系统噪声计算理论的角度来讲，影响系统噪声的最大因素是系统中的第一级的输出（在这里即为摄像机的图像信号输出）信号信噪比的情况。所以，认真选择和处理摄像部分是至关重要的。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，那么到达监视器上的图像信号信噪比将下降，这是由于传输及控制部分的线路、放大器、切换器、等又引入了噪声的缘故。除了上述的有关讨论之外，对于摄像部分来说，在某些情况下，特别是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。这些也将在后面的有关章节中讨论。1.1.2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。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。在传输方式上，目前电视监控系统多半采用视频基带传输方式。如果在摄像机距离控制中心较远的情况下，也有采用射频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。1.1.3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。在上述的各部分中，对图像质量影响最大的是放大与与分配、较正与补偿、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。但对某些距离较远，或由于传输方式的要求等原因，校正与补偿是非常重要的。因为图像信号经过传输之后，往往其幅频特性（由于不同频率成分到达总控制台时，衰减是不同的，因而造成图像信号不同频率成分的幅度不同，此称为幅频特性）、相频特性（不同频率的图像信号通过传输部分后产生的相移不同，此称为相频特性）无法绝对保证指标的要求，所以在控制台上要对传输过来的图像信号进行幅频和相频的校正与补偿。经过校正与补偿的图像信号，再经过分配和放大，进入视频切换部分，然后送到监视器上。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。目前，有些控制台上高设有一台或两台“长延时录像机”，这种录像机可用一盘60分钟带长的录像带记录长达几天时间的图像信号，这样就可以对某些非常重要的被监视场所的图像连续记录，而不必使用大量的录像带。还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。 目前生产的总控制台，在控制功能上，控制摄像机的台数上往往都做成积木式的。可以根据要求进行组合。另外，在总控制台上还设有时间及地址的字符发生器，通过这个装置可以把年、月、日、时、分、秒都显示出来，并把被监视场所的地址、名称显示出来。在录像机上可以记录，这样对以后的备查提供了方便。总控制台对摄像机及其辅助设备（如镜头、云台、防护罩等）的控制一般采用总线方式，把控制信号送给各摄像机附近的“终端解码箱”，在终端解码箱上将总控制台送来的编码控制信号解出，成为控制动作的命令信号，再去控制摄像机及其辅助设备的各种动作（如镜头的变倍、云台的转动等）。在某些摄像机距离控制中心很近的情况下，为节省开支，也可采用由控制台直接送出控制动作的命令信号——即“开、关”信号。总之，根据系统构成的情况及要求，可以综合考虑，以完成对总控制台的设计要求或订购要求。1.1.4显示部分显示部分一般由几台或多台监视器（或带视频输入的普通电视机）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、十几秒或几十秒）显示一下即可。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。另外，由于“画面分割器”的应用，在有些摄像机台数很多的系统中，用画面分割器把几台摄像机送来的图像信号同时显示在一台监视器上，也就是在一台较大屏幕的监视器上，把屏幕分成几个面积相等的小画面，每个画面显示一个摄像机送来的画面。这样可以大大节省监视器，并且操作人员观看起来也比较方便。但是，这种方案不宜在一台监视器上同时显示太多的分割画面，否则会使某些细节难以看清楚，影响监控的效果。个人认为，四分割或九分割较为合适。为了节省开支，对于非特殊要求的电视监控系统，监视器可采用有视频输入端子的普通电视机，而不必采用造价较高的专用监视器。监视器（或电视机）的屏幕尺寸宜采用14英寸至18英寸之间的，如果采用了“画面分割器”，可选用较大屏幕的监视器。放置监视器的位置应适合操作者观看的距离、角度和高度。一般是在总控制台的后方，设置专用的监视架子，把监视器摆放在架子上。监视器的选择，应满足系统总的功能和总的技术指标的要求，特别是应满足长时间连续工作的要求。由于监视器或电视机已有成型的产品，大家都很熟悉，在此不作详述。．机芯：目前常用的是日本索尼（SONY）、日本夏普（SHARP）2．.什么是CCD摄像机？CCD是ChargeCoupledDevice(电荷耦合器件)的缩写，它是一种半导体成像器件，因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。摄像机的主要参数在闭路监控系统中,摄像机又称摄像头,严格的来说,摄像机是摄像头和镜头的总称.摄像机的核心是CCD,目前国内没有CCD和生产能力,主要集中在日本和韩国.目前监控市场上应用的镜 头大多为日本的产品，如AVENIR(精工)、TAMRON（腾龙）、COMPUTAR、RAINBOW(彩虹)、YAMANO和COSMICAR等，国产镜头的用量较小，主要为福建光学仪器厂、大连光学仪器厂及公安部一所等的产品。由于CCD在生产过程中分不同等级和和生产商获得的途径不同,造成CCD的采集效果也不同.一个简单的检测方法,就是将摄像机通电,不接镜头,用手遮住镜头接口,看图像有没有亮点,雪花大不大,然后接上镜头,将摄像机对准一个色彩鲜明的物体,查看监视器的颜色是否有偏色,图像有无扭曲现象,色彩和灰度是否平滑.由于摄像机的核心部件是CCD,所以其主要参数大多与CCD有关,下面就列出摄像机的主要参数:１）CCD尺寸，亦即摄像机靶面。原多为1/2英寸，现在1/3英寸的已普及化，1/4英寸和1/5英寸也已商品化。（２）CCD像素，是CCD的主要性能指标，它决定了显示图像的清晰程度，分辨率越高，图像细节的表现越好。CCD是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。现在市场上大多以25万和38万像素为划界，38万像素以上者为高清晰度摄像机。（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）来表示的，彩色摄像头的分辨率在33到500线之间。分辨率与CCD和镜头有关，还与摄像头电路通道的频带宽度直接相关，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，也称为灵敏度。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。照度的单位是勒克斯（LUX），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.（５）扫描制式。有PAL制和NTSC制之分。（６）摄像机电源。交流有220V、110V、24V，直流为12V或9V。（７）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。多为1Vp-p、75Ω，均采用BNC接头。（９）镜头安装方式。有C和CS方式，二者间不同之处在于感光距离不同。 在实际应用中，经常听到有用户提出诸如某摄像机能够“看多远”之类的问题，比如100m、500m甚至1km远外的物体还能否在监视器上清晰地显示出来。有了前面关于镜头的成像尺寸、焦距及视场角等概念后，这个问题就不难解释了，即“看多远”问题与许多因素有关。比如说，用某定焦镜头可以看清100m远处的钞票的面值。[@more@]一般来说，镜头焦距越长，“看”得就越远，但同时视场角却变小，结果观看的范围变窄了。举个简单的例子，若用标准镜头刚好看清远处某人的基本特征（是男或是女），则换用长焦距镜头则可能看清其面部特征（是否有痣或疤），但却无法看见该人穿的是什么裤子和鞋（这部分已经“涨”出了画面），而换用广角镜头则只可能看到画面中有人（连男女都分辨不出），但却可看清该人在整个监视场景中的所处的位置，周围还有什么别的人物或参照物。因此，关于“看多远”的较为科学的说法应该是“在屏幕上成的像大小可对应于实际观测距离处多高或多宽的景物”。例如，用8mm镜头观测10m远处的景物，如果该处有10个人站成一排则刚好可横向充满整个监视器屏幕。E、接口镜头的安装方式有C型安装和CS型安装两种。图2-4画出了这两种镜头的接口部位示意图。其中上半部为CS型镜头，下半部为C型镜头。在电视监控系统中常用的镜头是C型安装镜头（in32牙螺纹座），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（in），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，而将CS镜头安装到CS接口的摄像机时就不需接圈。图2-4C型安装和CS型安装镜头在实际应用中，如果误对CS型镜头加装接圈后安装到CS接口摄像机上，会因为镜头的成像面不能落到摄像机的CCD靶面上而不能得到清晰的图像，而如果对C型镜头不加接圈就直接接到CS接口摄像机上，则可能使镜头的后镜面碰到CCD的靶面的保护玻璃，造成CCD摄像机的损坏，这一点在实用中需特别注意。2.2.2镜头的种类镜头的种类有许多种，每一种镜头都有其特点。根据功能与结构的不同，这些镜头的价格相差非常大，如电动变焦镜头要比普通定焦镜头的价格高约10倍，因此，只有正确了解各种镜头的特性，才能更加灵活地选择镜头。A、固定光圈定焦镜头固定光圈定焦镜头是相对较为简单的一种镜头，该镜头上只有一个可手动调整的对焦调整环（环上标有若干距离参考值），左右旋转该环可使成在CCD靶面上的像最为清晰，此时在监视器屏幕上得到图像也最为清晰。由于是固定光圈镜头，因此在镜头上没有光圈调整环，也就是说该镜头的光圈是不可调整的，因而进入镜头的光通量是不能通过简单地改变镜 头因素而改变，而只能通过改变被摄现场的光照度来调整，如增减被摄现场的照明灯光等。这种镜头一般应用于光照度比较均匀的场合，如室内全天以灯光照明为主的场合，在其他场合则需与带有自动电子快门功能的CCD摄像机合用（当然，目前市面上绝大多数的CCD摄像机均带有自动电子快门功能），通过电子快门的调整来模拟光通量的改变。B、手动光圈定焦镜头手动光圈定焦镜头比固定光圈定焦镜头增加了光圈调整环，其光圈调整范围一般可从F1.2或F1.4到全关闭，能很方便地适应被摄现场的光照度，然而由于光圈的调整是通过手动人为地进行的，一旦摄像机安装完毕，位置固定下来，再频繁地调整光圈就不那么容易了，因此，这种镜头一般也是应用于光照度比较均匀的场合，而在其他场合则也需与带有自动电子快门功能的CCD摄像机合用，如早晚与中午、晴天与阴天等光照度变化比较大的场合，通过电子快门的调整来模拟光通量的改变。C、自动光圈定焦镜头自动光圈定焦镜头在结构上有了比较大的改变，它相当于在手动光圈定焦镜头的光圈调整环上增加一个由齿轮啮合传动的微型电动机，并从其驱动电路上引出3芯或4芯线传送给自动光圈镜头，至使镜头内的微型电动机相应做正向或反向转动，从而高速光圈的大小。自动光圈镜头又分为含放大器（视频驱动型）与不含放大器（直流驱动型）两种规格。D、手动变焦镜头顾名思义，手动变焦镜头的焦距是可变的，它有一个焦距调整环，可以在一定范围内调整镜头的焦距，其变比一般为2~3倍，焦距一般在3.6~8mm。在实际工程应用中，通过手动调节镜头的变焦环，可以方便地选择监视现场的视场角，如：可选择对整个房间的监视或是选择对房间内某个局部区域的监视。当对于监视现场的环境情况不十分了解时，采用这种镜头显然是非常重要的了。对于大多数电视监控系统工程来说，当摄像机安装位置固定下来后，再频繁地手动变焦是很不方便的，因此，工程完工后，手动变焦镜头的焦距一般很少再去调整，而仅仅起到定焦镜头的作用。因而手动变焦镜头一般用在要求较为严格而用定焦镜头又不易满足要求的场合。但这种镜头却受到工程人员的青睐，因为在施工调试过程中使用这种镜头，通过在一定范围的焦距调节，一般总可以找到一个可使用户满意的观测范围（不用反复更换不同焦距的镜头），这一点在外地施工中尤为显得方便。E、自动光圈电动变焦镜头此种镜头与前述的自动光圈定焦镜头相比另外增加了两个微型电动机，其中一个电动机与镜头的变焦环啮合，当其受控而转动时可改变镜头的焦距（Zoom）；另一个电动机与镜头的对焦环啮合，当其受控而转动时可完成镜头的对焦（Focus）。由于该镜头增加了两个可遥控调整的功能，因而此种镜头也称作电动两可变镜头。自动光圈电动变焦镜头一般引出两组多芯线，其中一组为自动光圈控制线，其原理和接法与前述的自动光圈定焦镜头的控制线完全相同；另一组为控制镜头变焦及对焦的控制线，一般与云台镜头控制器及解码器相连。当操作远程控制室内云台镜头控制器及解码器的变焦或对焦按钮时，将会在此变焦或对焦的控制线上施加一个或正或负的直流电压，该电压加在相应的微型电动机上，使镜头完成变焦及对焦调整功能。