模拟监控硬件学习资料

当CCTV Monitor接上摄影机或录放影机后,现场或所录的影像便呈现在Monitor上,就像平时所看到的电视屏幕,那究竟影像是如何形成 的?

影像形成的动作原理影像信号输入Monitor后,Monitor必须将此复合信号(comp。site signal)给予分离并解码。主要分 离出 R、 G、 B三原色信号与H(水平)、 V(垂直) 二个同步信号。 R、 G、 B三原色信号经过解码后, 并加以放大以便推动 CRT的阴极(cathode),释放 出电子束。此电子束经过 Mask(屏幕)后撞击萤光(phosphor),而产生亮点。H(水平)与V(垂直)二个同步信号则分别经 过放大处理以便使 Monitor的偏向线圈产生扫瞄电流,此电流所产生的磁力带动电子束的运行方向。 如此配合便是我们所看到的影像画面了!

萤幕(Display)分类 市面上的萤幕种类有大家最为熟悉的电视萤幕,还有个人的PC Monitor,以及CCTV产业中的 Monitor。而萤暮又区分为数种类型,例如一般的 CRT映像管萤幕及新流行的液晶显示萤幕等等,以下便是更详细的分类: 基本上监视器的萤幕分为发光型与非发光型。
一、发光型

1.CRT(Cathode Ray Tube)阴极射管线
2.VFD(VACuum FIuorescent DispIay)萤光显 示管
3.LED(Light Emitter DispIay)发光二极体
4.PDP(PIasma DispIay PaneI)电浆显示板
5.EL(EIectro Luminecent)电光光面板) 其中CRT是CCTV监视器最常采用的萤幕映像管,另外VFD与CRT类似,多用於小型管与数字显示;PDP分有AC与DC型,具有高亮度、多色彩、高解析度的侵点,常用於战斗机上的仪表版:EL於1935年为法国Destriau所发明,分有AC与DC型及有机无机型。可以作为 LCD的光源,柔软可弯曲、色彩多、价格低、轻、薄、省电,如常用於车上的冷光仪表板。
二、非发光型
此种萤幕本身不具有发光的功能,包括:
1.LCD(Liquid CrystaI DispIay)液晶显示
2.ECD(EIectro Chromic ChemicaI DisPIay) 电化著色显示 3.EPID(EIectrophoretic Indication DispIay) 电泳动显示 LCD是属於较新的萤幕显示方式,具有省电与轻薄的优点。PC Camera所采用就是LCD,而一些 C C T VM O n i t o r也开始采用。虽然LCD是监视器萤幕的趋势,但是它仍然无法取代传统的CCTV Monitor。因为LCD本身不发光,如果装於室外,便无法辨识;另外,LCD有视角上的问题,角度一偏斜,就会看不清楚。而监视器多半置於室外,观看距离较长,装置LCD Monitor就会产生上述的问题。 另外,ECD属於电化学,是使用氧化还原法,可以著色与消色(On、O的达到显示效果。 目前仅CRT、LED、LCD、PDP可以达到高解析度的要求;CRT、LED、PDP、VFD可达到高亮度的要求;CRT、LED、VFD、EL、LCD可达到多色彩的要求。

系统分类

一、电源系统
1.电压系统:100V.127V.220V.260V
2.频率系统:50/50Hz
3.插头型式:A、B、C、D、E、F等六种。 由於各地区的电压系统、频率系统、插头型式不一,因此监视器的制造必须符合各地区的标准而生产不同规格的监视器。例如澳洲与南非的电压系统高达250V,如果要外销至澳洲与南非就必须生产符合260V的产品。在频率与插头型式方面也是如此,有些国家的插头是3孔插头,而台湾明年规定所有新的建筑物都要改成3孔插头,这样也较符合用电安全。

二、彩色系统

世界上有3种彩色方式即NTSC方式,以L方式及SECAM方式,彩色方式及采用国家如下:
1.NTSC:NatiOnaI TV Svstem Committee, F H(Horizontal)水平频率:15.7 K H z, FV(VErtical Frequency)垂直频率:60Hz, Burst(系色信号):3.58MHz 采用国家包括美国、加拿大、瓜地马拉、台 湾、日本、夏威夷、波多黎各、墨西哥等。
2.PAL:PhaSe AIternating Line, FH:15.625KHz,FV:5OHz,Burst:斗.斗3MHz 采用国家包括英国、荷兰、澳大利亚、瑞士、 瑞典、丹麦、西德、挪威、比利时、西班牙、 葡萄牙及其属地,如曾是属地的香港及印尼。(法国除外之欧洲自由国家) PAL系统是全世界最多国家采用的系统,而 paL系统中又区分成数个系统,如中国大陆所采用的是自行研发的PAL。D系统,英、德则 是PAL.B或PAL.G系统。 3.SECAM:SequentiaI CoIor And MOduIation,FH:15.625KHz,FV:主OHz 采用国家包括法国、苏俄、甸牙利、东德、保 加利亚、波兰。(主要地区为法国及东欧国家)。由以上得知,每个地区的系统不尽相 同,而中东地区因为受到来自各国驻军的影 响,包括了数种以上的系统。 为了适应各国不同的系统,目前较先进的 CCTV Monitor朝向多系统发展,如此不仅可 符合外销多国的需求,也能减少库存的压力。 在售价上现在多系统的监视器已与单系统的监视器价格并核差别。

三、扫瞄系统
1.InterIace:交织扫瞄,如NTSC,趴L, 1Frame:2FieId,NTSC有307固画面/SEC。 InterIace是二个FieId曼起来形成一个画面,容易有书面闪烁的情形,一般电视所采用的就是 InterIace,不过因为距离远及动态书面,所以 较感觉不出闪烁的情形。InterIace比Non. InterIace能达到较高的解析度。
2.Non.InterIace:非交织扫瞄,如:VGA, 1 Frame:1FieId,不闪烁非交织扫瞄如办公室的电脑萤幕属於此类。

四、色温

Monitor为了有统一的颜色标准,所以制订了 色温,将颜色数字化,如国际照明协会所定的☆仄、 座标图,利用X座标与Y座标标示出颜色的标准范围。人眼睛所看的颜色又因种族眼球颜色及年龄有 所差别。比如西方人蓝眼球所看的白色会稍微偏 红,而东方人黑眼球所看的白色会稍微偏蓝。因此就有: 1.9300。K:东方黑眼球,在0300。K色温下, 为东方黑眼球所看到的白色 2.5500。K:西方蓝眼球,在5500。K色温下, 为西方蓝眼球所看到的白色。

五、地磁

地球上除了南北二极磁场不同外,还包括其他小的磁场,共有大小57固磁极。磁场的不同会影响CRT Monitor的电子束运行,因此在不同的地区Monitor就要调整适合当地的磁场,否则画面将出现弯曲、倾斜或模糊的情形。目前已有飞利浦(PhiIips)的CRT技术,可以适合任何的地区。

六、频宽与解析度

一、频宽Band Width:MHz解析度:BW× SO:TVL 所谓的频宽就像一条管子的大小,所能进出的资料容量。如NTSC系统的频宽最窄,最高只有6MHz:PAL系统最高可达7MHz:YC信号可达10MHz:而电脑的VGA信号可高达斗O.200MHz。 解析度的大小依照频宽× 8 0换算得来,如NTSC系统为6× 80一480,最高解析度为480条:PAL系统为7× 80:560,最高解析度为560条。

七、控制方式

是指在Monitor上可控制的方式,包括:VR:VariabIe Resistance可变电阻式。为类比方式,通常以手动旋纽方式控制。DigitaI:数位控制。可以将控制信号数位化后,容易做各种处理,如记隐储存,同时可以减少VR零件可靠度较差的问题。SD: Screen DispIay。例如电视的萤幕上有音量、色彩、选台等符号大小的显示,PCMonitor更是直接在萤幕上操作,目前 CCTVMonitor也朝此方向发展。

八、输入信号

CVBS:COmp。site Video Bar SignaI 。.728(Video)十0.272(Sync.):1 Vp.p CVBS是一般录放影机或摄影机最常用的输入 信号,也是最常见的输入信号。信号大小为1 Vp. 一输入阻抗:75 Q及Hi。Impedance串接时使 吊「目前CCTV M0nitor都有输入阻抗切换SW,主 要提供当一支摄影机必须连接二台以上的Monitor 时串接使用。Y/C信号:Y:Luminance,C:CoIor。 Y/C信号是将亮度与彩色信号分离,是高解析度的 信号。目前较新技术的Monitor皆可以适用此种信 号。



九、CRT。
TV.Grade:14”:O.63mm屏距, TV等级的1斗”CRT点距为O.63mm,目前有 90%的CCTV Monitor为此种较低解析度的等级。 .....Hi.ResoIution:14”:O.28mm屏足臣 19:O.27mm屏距 PC Monitor大都为1 4。,O.28mm屏距,高解 析,或是近年流行的1977t O.27mm屏距。 目前低解析与高解析的CRT价格已所差无几,因此现在新的CCTV Monitor都开始使用1斗 n: 。.28mm屏距的CRT。

十、系统搭配

1.With Quad 2.WithtCher 3.Sp。t。utput 通常多支摄影机都会搭配四分割器或跳台器, 再接Monitor使用,现在有些Monitor已把四分割与 跳台的功能包括在内。另外,Sp。t Output功能的Monitor可接2个信号,用手动的方式选择跳台。


十一、黑白系统

1.BIA:EIectronics IndHstry Association 如同彩色信号NTSC系统。EIA扫瞄线为525 条。

2.CCIR:COInmittee ConsuItatif InternationaI Des Radiocommunique 如同彩色信号PAL系统。CCIR扫瞄线为625 条。

CCTV MOnitor与PC Monitor的差异

一般PC用Monitor的解像度(ResoIution)较 高,且会随著使用者的VGA卡(显示介面卡)与显 示程式而改变。常见的有:640× 4 8 0、8 00× 6。。、1。4× 7 6 8、1 2 S O×1 024等,而CCTV Monitor则因其信号源(摄像机Camera)通常采用电视系统的讯号编码方式来记录并传输影像;所 以,CCTV Monitor的解像度便较固定,即 NTSC、PAL或SECAM等系统。

产品发展趋势

CCTV Monitor产品发展趋势最重要的是朝向数位化的发展,亦即类似PC Monitor的一些指令直接屯萤幕上的符号或数据来操作,不再由手动来转动萤幕的旋转钮,其次CCTV Monitor将朝向与Camera等影像传输设备做整合性的发展,使Monitor不只具备监看的功能,同时也拥有其他附加的功能,综合说来主要方向如下:

1.monitor加装四分割器或自动跳台器:一台 monitor可以同时监看多个区域为产品发展趋 势,而整合性产品其成本可以比分开来购买省下 约307。的成本,且易於施工安装不占用太多空 间。
2.monitor加装喇叭与自动警报设备。
3.结合数位化技术与DSC(Digital still Camera)结 合或以数位化控制方式来操控monitor。
4.黑白与彩色CCTV monitor并存发展。不过彩色的数量或有渐多的趋势。
5.高解析度彩色CCTV monitor渐受重视。

CCTV即Closed Circuit Television 的缩写,是闭路电视系统的意思。其利用电学原理,透过光学镜头所摄取的影像光能,经由摄影机内的芯片(CCD)或摄像管(tube)转变为电能,再经由电缆线及一些用途不同的辅助器材传送到监视器上,使电能回复光能呈现在屏幕上。

目前大多数新式系统中,除特殊运用外,多采用CCD摄影机,此种趋势在将来会更普遍。所谓CCD(charge coupled device,电荷耦合组件)为一摄像组件,此组件可将光线变成电荷,并可将电荷储存及转移,且能令储藏之电荷取出,使电压发生变化。

● CCD摄影机与摄像管摄影机比较时,具有下列优点:

(1) 体积小,重量轻。
(2) 低残像。
(3) 磁场不会影响到画面。
(4) 抗震动、抗撞击。
(5) 寿命长。

▼ CCD尺寸

摄影机所使用之CCD可分为2/3"、1/2"、1/3"等尺寸类别。因为影像表面变小,图素数量及敏感度(sensitivity)随之减少。最近已将此问题解决,为了节省成本,制造商多采用1/3"CCD。

▼ 电源

(1) 交流电源(AC mains)
(2) 24V交流电源(24V AC)此类摄影机另需加装一个24V AC的转接器。
(3) 单电缆(one cable)此类摄影机之电源(DC power)来自同轴电缆(需加装控制器),此电缆供视频信号输出使用。

▼ 分辨率(resolution)
通常是指水平解晰度,除非特别指定"垂直"时。

(1) 水平解晰度(horizontal resolution) 其数目是由明显的垂直交互黑白线条之最大数目乘以0.75而得。
一般以CCD之图素(pixel)数量及摄影机的电子特性决定。
(2) 垂直解晰度(vertical resolusion) 其数目是由明显的水平交互黑白线条之最大数目而得。
一般以扫描线的数目及扫描方法而得。

▼ 黑白 / 彩色若监视一个景物的位置或景物的移动时,建议选用黑白摄影机。彩色摄影机适用于景物细部辨别做实时(real time)的监视。通常黑白摄影机比彩色摄影机更为敏感,所以黑白摄影机适用于光线不足之地区或夜晚无法安装照明设备之地点。 ▼ 照度(illumination)依照安装地点的亮度来选择摄影机。如果地点的亮度超过最低物体亮度10倍以上时,画面一定清晰 。

■ 同步系统(synchronization system)

进行发射机及接收机同步时,须完成信号同步。水平同步信号控制水平扫描,垂直同步信号控制垂直扫描。
同步系统分为下列四种:

▼ 内同步(internal synchronization)藉由摄影机的内同步信号产生电路之同步信号来完成操作。

▼ 外同步(external synchronization)藉由一个外部的同步信号产生器,将同步信号分送到摄影机的外同步输入来完成同步。

▼ 电源(行锁定)同步(power(line-lock)synchronization)利用摄影机的AC电源周波来完成垂直驱动(VD)同步。

■ 功能

▼ 电子快门(electronic shutter)固体摄像素子的电荷累积时间,依电子的可变性而控制曝光时间的功能。此一功能可使摄影机捕捉快速移动之物体。▼ 白平衡(white balance)对于彩色摄影机为配合光源而调整颜色再现的功能。 (1) 自动白平衡(automatic white balance;AWB) 自动储存物体预设的白平衡。适用于固定光源的地方。(2) 自动追踪白平衡(automatic tracking white balance;ATW)可经常对一个物体的色温变化追踪和侦测,并自动调整白平衡。适用于定期光源改变的地方,例如夜间用萤光灯来替代天然光线之地方。

▼ 光圈(iris)(1) 手动(manual)光圈 当亮度变更时需手动调整光圈,所以适用于亮度不变的地方。(2) 自动(auto)光圈 因亮度变更时光圈可自动调整,所以适用于每天定时光源会变换的地方。● Video input型式镜头内有电路来侦测进入镜头里的光度。● DC input型式镜头内无光度侦测电路,反之有些摄影机内部加上了光度侦测电路,故镜头本身较便宜。

■ 镜头之选择

镜头选择与摄影机选择同样重要。依照监视时被观察物体之尺寸(观察范围)、物体亮度变化及CCD尺寸来选择镜头的型式。一般有下列几项选择条件:▼ 焦距(focal length) 必须注意物体到摄影机之距离及观察尺寸。▼ 镜头种类 可分为广角(wide angle)、望远(telephoto)、标准(standard)、伸缩(motorized)、针孔(pin-hole)、棱镜(prism)。▼ 安装座分为C mount及CS mount。 ▼ 孔径比(aperture ratio)孔径比可指示镜头的亮度,亦即我们在规格上所见的F值(F-stop number)。此比率是镜头的光圈直径(D)与镜头焦距(f)之比;数值愈小,光圈愈大,透过的光线愈多。F=f/D■ 监视器之选择依照黑白或彩色及屏幕大小来选择监视器。■ 外围设备因安装位置环境需要及监视作业周全与便利,必须加装许多外围设备,如回转台、防护罩、跳台器,甚或矩阵控制器。
● 监视摄影机所需之明亮度

■ 最低被照体照度

在摄影机的可辨识范围内,被照体需要一定之明亮度,摄影机才可输出被照体之影像,此明亮度称之为<最低被照体照度>。各型号摄影机可摄得影像所需之明亮度皆不相同,因此明亮度即成为摄影机感度之标准。
<最低被照体照度>会随着镜头之F值(最大口径比)、光源之色温、被照体之反射率、增益的最大值等条件不同而改变。

镜头之F值(最大口径比)
将镜头之明亮度数值化

光源之色温
人类肉眼不可辨识光源之色温数值化

被照体之反射率
被照体入射光线和反射光线之比率

增益的最大值
摄影机感度之最大值


■ 镜头之明亮度(F值)

F 值即指镜头之明亮度。镜头规格中所显示<最大口径比1:1.2>之<1.2>即为F值。F值越小表示镜头之明亮度越高。F值每缩小一级距,明亮度即增加两倍。镜头之射入光量与光束之断面积[镜头的有效口径[D]的平方]成比例,因此影像明亮度为F值平方之反比。由此推算,F值每缩小一级距,明亮度即增加两倍。


■ 最低被照体照度之换算方式

摄影机规格记载之最低被照体照度,是使用F1.4镜头所测定之值。实际使用时,根据所组合镜头之F值不同,最低被照体照度也有所不同。

在C-CC350摄影机
<最低被照体照度:3Lx(50IRE)(F1.4)>上加装CT-0312G(F1.2)之镜头时,其换算之最低被照体照度为:
(3Lx)×(1.2×1.2)/(1.4×1.4)=2.2Lx
使用比 F1.4明亮度更高之镜头(非球面镜头等),最低被照体照度也随之下降,即使是昏暗的物体,摄影机也可清楚地输出被照体之影像。

闭路电视监控系统是在小区主要通道、重要公建及周界设置前端摄像机,将图像传送到智能化管理中心,中心对整个小区进行实时监控和记录,使中心管理人员充分了解小区的动态。同时采用多媒体控制平台与周界防越报警系统及住宅室内报警系统联动。当发生警情时,中心监视器将自动弹出警情发生区域的画面,并进行记录。   

小区闭路电视监控系统的主要目的是将重要观察点(主要分布在小区主干道及小区出入口、其它重点部位等重点区域)的被检测的图像传送到设在物业管理中心的控制室,中心控 制室可以对所控制的摄像点进行遥控,并可在非常事件突发时及时将叠加有时间、地点等信息内容的现场情况记录下来,以便重放时分析调查,并作为具有法律效力的重要证据,这样既提高了保安人员处警的准确性,也可为公安人员迅速破案提供有力证据。   

小区周界防盗报警系统还可以与闭路电视监控系统联动,一旦报警,监控中心图像监视屏上立即出现与报警点相关的图像,并自动以高密度方式录像。值班保安人员可以通过云台和变焦镜头监视报警区域的所有情况,以便及时发出报警信息。

电视监控系统基本结构

系统组成: 摄像 传输 控制 显示(记录)

系统功能: 

摄像部分是安装在现场的,它包括摄像机、镜头、防护罩、支架和电动云台,它的任务 是对被摄体进行摄像并将其转换成电信号。

传输部分的任务是把现场摄像机发出的电信号传送到控制中心,它一般包括线缆、调制 与解调设备、线路驱动设备等。

显示与记录部分把从现场传来的电信号转换成图像在监视设备上显示,如果有必要,就用录像机录下来,所以它包含的主要设备是监视器和录像机。

控制部分则负责所有设备的控制与图像信号的处理。

系统规模:

小型电视监控系统 一般摄像机数量<10个。 中型电视监控系统一般摄像机数量在10~100个范围内。监控系统可根据管理需要设置若干级管理的控制键盘及相应的监视器。 大型电视监控系统 一般摄像机数量>100个,它是将中型监控系统联网组合而成的,系统设总控制器和分控制器进行监控管理。

电视监控系统设备 摄像机 传输电缆 控制设备 显示终端 录像机  

1.摄像机   根据摄像机的性能、功能、使用环境、结构颜色等有以下分类。  

1)按性能分类   

①普通摄像机:工作于室内正常照明或室外白天。  

②暗光摄像机:工作于室内无正常照明的环境里。  

③微光摄像机:工作于室外月光或星光下。  

④红外摄像机:工作于室内、外无照明的场所。  

2)按功能分类   

①视频报警摄像机:在监视范围内如有目标在移动时,就能向控制器发出报警信号。  

②广角摄像机:用于监视大范围的场所。  

③针孔振摄像机:用于隐蔽监视局部范围。  

 

3)按使用环境分类   

① 内摄像机:摄像机外部无防护装置,使用环境有要求。

② 室外摄像机:在摄像机外安装防护罩。内设降温风扇、遮阳罩、加热器、雨刷。适应室外温、湿度等环境的变化。

 

4)按结构组成分类   

①固定式摄像机:监视固定目标。  

②可旋转式:带旋转云台摄像机,可做上、下、左、右、旋转。  

③球形摄像机:可做360°水平旋转,90°垂直旋转,预置旋转位置。   

④半球形摄像机:吸顶安装,可做上、下、左、右旋转。  

 

5)按图像颜色分类   

①黑白摄像机:灵敏度和清晰度高,但不能显示图像颜色。  

②彩色摄像机:能显示图像颜色,灵敏度和清晰度在同种情况下比黑白摄像机低。 

 

2.传输电缆   

(1)同轴电缆 用于传输短距离的视频信号,当传输黑白视频信号时,在5.5MHz点不平坦度>6dB时,需加均衡放大器。  

(2)光缆 当需要长距离传输视频及控制信号时,采用光缆传输。传输距离在几十公里内无需加中继器。 

一、镜头的分类

按外形功能分、按尺寸大小分、按光圈分、按变焦类型分、按焦距长矩分:

*球面镜头1”25mm自动光圈电动变焦、长焦距镜头女非球面镜头1/2”3mm手动光圈手动变焦标准镜头

*针孔镜头1/3” 8.5mm固定光圈固定焦距广角镜头

*鱼眼镜头2/3”17mm

(1)以镜头安装分类

所有的摄象机镜头均是螺纹口的,CCD摄象机的镜头安装有两种工业标准,即C安装座和CS安装座。两者螺纹部分相同,但两者从镜头到感光表面的距离不同。

C安装座:从镜头安装基准面到焦点的距离是17.526mm。

C S安装座:特种C安装,此时应将摄象机前部的垫圈取下再安装镜头。其镜头安装基准面到焦点的距离是12.5mm。如果要将一个C安装座镜头安装到一个C S安装座摄象机上时,则需要使用镜头转换器。

(2)以摄象机镜头规格分类

摄像机镜头规格应视摄象机的C C D尺寸而定,两者应相对应。

即:

*摄像机的C C D靶面大小为1/2英寸时,镜头应选1/2英寸。

*摄像机的C CD靶面大小为1/3英寸时,镜头应选1/3英寸。

*摄像机的C C D靶面大小为1/4英寸时,镜头应选1/4英寸。

如果镜头尺寸与摄像机C C D靶面尺寸不一致时,观察角度将不符合设计要求,或者发生画面在焦点以外等问题。

(3)以镜头光圈分类

镜头有手动光圈(manual iris)和自动光圈(autoiris)之分,配合摄像机使用,手动光圈镜头适合于亮度不变的应用场合,自动光圈镜头因亮度变更时其光圈亦作自动调整,故适用亮度变化的场合。自动光圈镜头有两类:一类是将一个视频信号及电源从摄像机输送到透镜来控制镜头上的光圈,称为视频输入型,另一类则利用摄像机上的直流电压来直接控制光圈,称为D C输入型。

自动光圈镜头上的A L C(自动镜头控制)调整用于设定测光系统,可以整个画面的平均亮度,也可以画面中最亮部分(峰值)来设定基准信号强度,供给自动光圈调整使用。一般而言,A L C已在出厂时经过设定,可不作调整,但是对于拍摄景物中包含有一个亮度极高的目标时,明亮目标物之影像可能会造成“白电平削波”现象,而使得全部屏幕变成白色,此时可以调节A L C来变换画面。

另外,自动光圈镜头装有光圈环,转动光圈环时,通过镜头的光通量会发生变化,光通量即光圈,一般用F表示,其取值为镜头焦距与镜头通光口径之比,即: F=f(焦距)/D(镜头实际有效口径), F值越小,则光圈越大。

采用自动光圈镜头,对于下列应用情况是理想的选择,它们是:在诸如太阳光直射等非常亮的情况下,用自动光圈镜头可有较宽的动态范围。

要求在整个视野有良好的聚焦时,用自动光圈镜头有比固定光圈镜头更大的景深。

要求在亮光上因光信号导致的模糊最小时,应使用自动光圈镜头。

(4)以镜头的视场大小分类

标准镜头:视角3 0度左右,在1/2英寸CCD摄象机中,标准镜头焦距定为1 2 mm,在1/3英寸C CD摄像机中,标准镜头焦距定为8 mm。

广角镜头:视角9 0度以上,焦距可小于几毫米,可提供较宽广的视景。

远摄镜头:视角2 0度以内,焦距可达几米甚至几十米,此镜头可在远距离情况下将拍摄的物体影响放大,但使观察范围变小。

变倍镜头(zoom lens):也称为伸缩镜头,有手动变倍镜头和电动变倍镜头两类。

可变焦点镜头(vari—focus lens):它介于标准镜头与广角镜头之间,焦距连续可变,即可将远距离物体放大,同时又可提供一个宽广视景,使监视范围增加。变焦镜头可通过设置

自动聚焦于最小焦距和最大焦距两个位置,但是从最小焦距到最大焦距之间的聚焦,则需通过手动聚焦实现。

针孔镜头:镜头直径几毫米,可隐蔽安装。

(5)从镜头焦距上分

短焦距镜头:因入射角较宽,可提供一个较宽广的视野。

中焦距镜头:标准镜头,焦距的长度视C C D的尺寸而定。

长焦距镜头:因入射角较狭窄,故仅能提供狭窄视景,适用于长距离监视。

变焦距镜头:通常为电动式,可作广角、标准或远望等镜头使用。

二、选择镜头的技术依据

(1)镜头的成像尺寸

应与摄像机C C D靶面尺寸相一致,如前所述,有1英寸、2/3英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸、1/5英寸等规格。

(2)镜头的分辨率

描述镜头成像质量的内在指标是镜头的光学传递函数与畸变,但对拥护而言,需要了解的仅仅是镜头的空间分辨率,以每毫米能够分辨的黑白条纹数为计量单位,计算公式为:镜头分辨率N二1 8 0/画幅格式的高度。由于摄像机CCD靶面大小已经标准化,如1/2英寸摄像机,其靶面为宽6.4mm*高4.8mln,1/3英寸摄象机为宽4.8mm×高3.6mm。因此对1/2英寸格式的C C D靶面,镜头的最低分辨率应为3 8对线/mm,对1/3英寸格式摄像机,镜头的分辨率应大于5 0对线,摄像机的靶面越小,对镜头的分辨率越高。

(3)镜头焦距与视野角度

首先根据摄像机到被监控目标的距离,选择镜头的焦距,镜头焦距f确定后,则由摄像机靶面决定了视野。

(4)光圈或通光量

镜头的通光量以镜头的焦距和通光孔径的比值来衡量,以F为标记,每个镜头上均标有其最大的F值,通光量与F值的平方成反比关系,F值越小,则光圈越大。所以应根据被监控部分的光线变化程度来选择用手动光圈还是用自动光圈镜头。

三、变焦镜头(zoom lens)

变焦镜头有手动伸缩镜头和自动伸缩镜头两大类。伸缩镜头由于在一个镜头内能够使镜头焦距在一定范围内变化,因此可以使被监控的目标放大或缩小,所以也常被成为变倍镜头。典型的光学放大规格有6倍(6.0-36mm,F1.2)、8倍(4.5-36mm,F1.6)、1 0倍(8.0-80mm,F1.2)、12倍(6.0-72mm,F1.2)、2 0倍(10-200mm,F1.2)等档次,并以电动伸缩镜头应用最普遍。为增大放大倍数,除光学放大外还可施以电子数码放大。

在电动伸缩镜头中,光圈的调整有三种,即:自动光圈、直流驱动自动光圈、电动调整光圈。其聚焦和变倍的调整,则只有电动调整和预置两种,电动调整是由镜头内的马达驱动,而预置则是通过镜头内的电位计预先设置调整停止位,这样可以免除成像必须逐次调整的过

程,可精确与快速定位。在球形罩一体化摄像系统中,大部分采用带预置位的伸缩镜头。

另一项令用户感兴趣的则是快速聚焦功能,它由测焦系统与电动变焦反馈控制系统构成。

四、镜头与摄像机CCD

尺寸的关系

1/2”镜头既可用于1/2”摄像机,也可用于1/3”摄像机,但视角会减少25%左右。

1/3”镜头不能用于1/2”摄像机,只能用于1/3”摄像机。

五、不同种类镜头的应用范围

手动、自动光圈镜头的应用范围

手动光圈镜头是的最简单的镜头,适用于光照条件相对稳定的条件下,手动光圈由数片金属薄片构成。光通量靠镜头外径上的—个环调节。旋转此圈可使光圈收小或放大。

在照明条件变化大的环境中或不是用来监视某个固定目标,应采用自动光圈镜头,比如在户外或人工照明经常开关的地方,自动光圈镜头的光圈的动作由马达驱动,马达受控于摄像机的视频信号。

手动光圈镜头和自动光圈镜头又有定焦距(光圈)镜头自动光圈镜头和电动变焦距镜头之分。

定焦距(光圈)镜头,一般与电子快门摄像机配套,适用于室内监视某个固定目标的场所作用。

定焦距镜头一般又分为长焦距镜头,中焦距镜头和短焦距镜头。中焦距镜头是焦距与成像尺寸相近的镜头;焦距小于成像尺寸的称为短距镜头,短焦距镜头又称广角镜头,该镜头的焦距通常是28mm以下的镜头,短焦距镜头主要用于环境照明条件差,监视范围要求宽的场合,焦距大于成像尺寸的称为长焦距镜头,长焦距镜头又称望远镜头,这类镜头的焦距一般在150mm以上,主要用于监视较远处的景物。

手动光圈镜头,可与电子快门摄像机配套,在各种光线下均可使用。

自动光圈镜头,(EF)可与任何CCD摄像机配套,在各种光线下均可使用,特别用于被监视表面亮度变化大、范围较大的场所。为了避免引起光晕现象和烧坏靶面,一般都配自动光圈镜头。

电动变焦距镜头,可与任何CCD摄像机配套,在各种光线下均可使用,变焦距镜头是通过遥控装置来进行光对焦,光圈开度,改变焦距大小的。

六、镜头的主要性能指标有以下几个:

1、焦距:焦距的大小决定着视场角的大小,焦距数值小,视场角大,所观察的范围也大,但距离远的物体分辨不很清楚;焦距数值大,视场角小,观察范围小,只要焦距选择合适,即便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。由于焦距和视场角是一一对应的,一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角,所以在选择镜头焦距时,应该充分考虑是观测细节重要,还是有一个大的观测范围重要,如果要看细节,就选择长焦距镜头;如果看近距离大场面,就选择小焦距的广角镜头。

2、光阑系数:即光通量,用F表示,以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。每个镜头上都标有最大F值,例如6mm/P1.4代表最大孔径为4.29毫米。光通量与F值的平方成反比关系,F值越小,光通量越大。镜头上光圈指数序列的标值为1.4,2,2.8,4,5.6,8,1 1,16,22等,其规律是前一个标值时的曝光量正好是后一个标值对应曝光量的2倍。也就是说镜头的通光孔径分别是1/1.4,1/2,1/2.8,1/4,1/5.6,1/8,1/11,1/16,1/22,前一数值是后一数值的根号2倍,因此光圈指数越小,则通光孔径越大,成像靶面上的照度也就越大。另外镜头的光圈还有手动(MANUAL IRIS)和自动光圈(AUTO IRIS)之分。配合摄像头使用,手动光圈适合亮度变化不大的场合,它的进光量通过镜头上的光圈环调节,一次性调整合适为止。自动光圈镜头会随着光线的变化而自动调整,用于室外、人口等光线变化大且频繁的场合。

3、自动光圈镜头:自动光圈镜头目前分为两类:一类称为视频(VIDEO)驱动型,镜头本身包含放大器电路,用以将摄像头传来的视频幅度信号转换成对光圈马达的控制。另一类称为直流(DC)驱动型,利用摄像头上的直流电压来直接控制光圈。这种镜头只包含电流计式光圈马达,要求摄像头内有放大器电路。对于各类自动光圈镜头,通常还有两项可调整旋钮,一是ALC调节 (测光调节),有以峰值测光和根据目标发光条件平均测光两种选择, 一般取平均测光档;另一个是LEVEL调节(灵敏度),可将输出图像变得明亮或者暗淡。

4、变倍镜头:变倍镜头分为手动(MANUAL ZOOM LENS)和电动(AUTO ZOOM LENS)两种,手动变倍镜头一般用于科研项目而不用在闭路监视系统中。在监控很大的场面时,摄像头通常要配合电动镜头和云台使用。电动镜头的好处是变焦范围大,既可以看大范围的情况,也可以聚焦某个细节,再加上云台可以上下左右的转动,可视范围就非常大了。电动镜头有6倍、10倍、15倍、20倍等多种倍率,如果再知道基准焦距,就可以确定镜头焦距的可变范围。例如一个6倍电动镜头,基准焦距为8.5毫米,那么其变焦范围就是8.5到51毫米连续可调,视场角为31.3到5.5度。电动镜头的控制电压一般是直流8V~16V,最大电流为30毫安。所以在选控制器时,要充分考虑传输线缆长度,如果距离太远,线路产生的电压下降会导致镜头无法控制,必须提高输入控制电压或更换视频矩阵主机配合解码器控制。

摄像机


CCD摄像机大致可分为下列几大类:

依成像色彩划分

(1)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。因有颜色而使信息量增大,信息量一般认为是黑白摄像机的10倍。

(2)黑白摄像机:是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,可选用分辨率通常高于彩色摄像机的黑白摄像机。

依摄像机分辨率划分

(1)影像像素在25万像素(pixel)左右、彩色分辨率为330线、黑白分辨率420线左右的低档型。

(2)影像像素在25万~38万之间、彩色分辨率为420线、黑白分辨率在500线上下的中档型

(3)影像在38万点以上、彩色分辨率大于或等于480线、黑白分辨率,570线以上的高分辨率。

依摄像机灵敏度划分

(1)普通型:正常工作所需照度为1~3Lux
(2)月光型:正常工作所需照度为0.1 Lux左右
(3)星光型:正常工作所需照度为0.01 Lux以下
(4)红外照明型:原则上可以为零照度,采用红外光源成像。

按摄像元件的CCD靶面的大小划分

(1)l inch 靶面尺寸为宽12.7mmX高9.6mm,对角线16mm
(2)2/3inch靶面尺寸为宽8.8mmX高6.6mm,对角线11mm
(3)1/2inch靶面尺寸为宽6.4mmX高4.8mm,对角线8mm
(4)1/3inch靶面尺寸为宽4.8mmX高3.6mm,对角线6mm
(5)1/4inch靶面尺寸为宽3.2mmX高2.4mm,对角线4mm
(6)1/5inch正在开发之中,尚未推出正式产品

此外CCD摄像机有PAL制和NTSC制之分,还可以按图像信号处理方式划分或按摄像机结构区分。

CCD摄象机选购技巧



1. 什么是CCD摄像机?

  CCD是Charge Coupled Device(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。

2. CCD摄像机的工作方式

  被摄物体的图像经过镜头聚焦至CCD芯片上,CCD根据光的强弱积累相应比例的电荷,各个像素积累的电荷在视频时序的控制下,逐点外移,经滤波、放大处理后,形成视频信号输出。视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到与原始图像相同的视频图像。

3. 分辨率的选择

  评估摄像机分辨率的指标是水平分辨率,其单位为线对,即成像后可以分辨的黑白线对的数目。常用的黑白摄像机的分辨率一般为380-600,彩色为380-480,其数值越大成像越清晰。一般的监视场合,用400线左右的黑白摄像机就可以满足要求。而对于医疗、图像处理等特殊场合,用600线的摄像机能得到更清晰的图像。

4. 成像灵敏度

  通常用最低环境照度要求来表明摄像机灵敏度,黑白摄像机的灵敏度大约是0.02-0.5Lux(勒克斯),彩色摄像机多在1Lux以上。0.1Lux的摄像机用于普通的监视场合;在夜间使用或环境光线较弱时,推荐使用0.02Lux的摄像机。与近红外灯配合使用时,也必须使用低照度的摄像机。另外摄像的灵敏度还与镜头有关,0.97Lux/F0.75相当于2.5Lux/F1.2相当于3.4Lux/F1.

参考环境照度:

  夏日阳光下 100000Lux 阴天室外 10000Lux
  电视台演播室 1000Lux 距60W台灯60cm桌面 300Lux
  室内日光灯 100Lux 黄昏室内 10Lux
  20cm处烛光 10-15Lux 夜间路灯 0.1Lux

5. 电子快门

  电子快门的时间在1/50-1/100000秒之间,摄像机的电子快门一般设置为自动电子快门方式,可根据环境的亮暗自动调节快门时间,得到清晰的图像。有些摄像机允许用户自行手动调节快门时间,以适应某些特殊应用场合。


6. 外同步与外触发

  外同步是指不同的视频设备之间用同一同步信号来保证视频信号的同步,它可保证不同的设备输出的视频信号具有相同的帧、行的起止时间。为了实现外同步,需要给摄像机输入一个复合同步信号(C-sync)或复合视频信号。外同步并不能保证用户从指定时刻得到完整的连续的一帧图像,要实现这种功能,必须使用一些特殊的具有外触发功能的摄像机。

7. 光谱响应特性

  CCD器件由硅材料制成,对近红外比较敏感,光谱响应可延伸至1.0um左右。其响应峰值为绿光(550nm),分布曲线如右图所示。夜间隐蔽监视时,可以用近红外灯照明,人眼看不清环境情况,在监视器上却可以清晰成像。由于CCD传感器表面有一层吸收紫外的透明电极,所以CCD对紫外不敏感。彩色摄像机的成像单元上有红、绿、兰三色滤光条,所以彩色摄像机对红外、紫外均不敏感。

8. CCD芯片的尺寸

  CCD的成像尺寸常用的有1/2"、1/3"等,成像尺寸越小的摄像机的体积可以做得更小些。在相同的光学镜头下,成像尺寸越大,视场角越大。 芯片规格 成像面大小(宽X高) 对角线 1/2 6.4x4.8mm 8mm 1/3 4.8x3.6mm 6mm

IP网络摄象机安装注意事项



如果想在既有的网路架构下安装IP网路摄影机,一台性能较强的电脑是不可或缺的,可以选用Windows95/98/NT/2000或Linux作业系统的PC,此外苹果电脑也是一个不错的选择。而一般市面上的电脑通常都具备网路支援功能及浏览器,所以使用者可以很轻易的启动IP网路摄影机,不需要为其他周边设备伤脑筋。

设定密码以增添网路传输的安全性


如果要采用IP网路摄影机,建议设定密码以保护摄影机所录取的资料;密码既可防止资料外 ,又可保证摄影机操作设定不会被随意窜改。若要应用在安全需求更高的场所,可将IP网路摄影机连接到具备特殊保护措施的电脑上,并可采用加密技术,如HTTPS协定等,以确保资料的机密性。

高品质影像须知

如果希望捕捉到高品质的影像,用户应注意到电脑萤幕的显示设定,其萤幕色彩至少需达65.000位元;另外,平面LED显示幕虽然使用起来十分方便,但在观看影像时,效果反而不如CRT萤幕。其他高品质影像需求如下∶


使用大量光线

在很多情况下,影像画质较差是由於照度太低。一般而言,光线越强,影像的品质越高;而在较弱的光线下,影像的色彩容易单调、模糊不清。一般专业摄影师都会采用照相机闪光灯来弥补光线的不足。
此外,解析度较高的摄影机虽可在照度小於1 Lux的条件下工作,但这只是意味著摄影机在1 Lux时可以捕捉到影像,却不代表在1 Lux时能获得良好的影像效果;若要捕捉高解析影像,其照度至少需达到200 Lux。

避免背光

一般而言,摄影机的动态调节能力是有限的,应尽量避免出现影像上的明亮区域,因为明亮的影像会导致曝光过多,物体就会显得过暗。

减小对比度

用户可以通过调整摄影机的曝光程度,来取得较平均的照度

减小对比度

用户可以通过调整摄影机的曝光程度,来取得较平均的照度

安装室外摄影机

如果要将IP网路摄影机安装在室外,则需配置室外用机壳。室外摄影机一般使用自动变焦镜头,可以调节影像感测器需要的光线,提高摄影机的动态功能,并可保护影像感测器免遭强光的损坏。
其他户外用IP网路摄影机的的注意事项如下∶

照明
夜晚使用摄影机时,为了避免反射和阴影,通常需要照明设备,可以使用红外线照明灯代替普通灯泡。不过用户必须使用黑白摄影机和带有红外线照明设备的网路影像伺服器,因为黑白摄影机对红外线感光较为灵敏,而彩色摄影机则无法发挥红外线功能。

避免直接拍射阳光
尽量避免影像中出现直射的阳光。直射的光线会使摄影机无法捕捉影像,并可能使感测器晶片上的彩色滤光器永久性脱色,导致影像出现条纹。如果可能的话,安装时需保持摄影机与阳光照射的方向一致,并尽量避免对准天空拍摄。

放大器增益
在电脑中可以调节影像感测器的增益级别,增益越高,在弱光下的性能越好,但干扰也会扩大。在光线较弱的时候,用户可以使用高增益以获得较好的性能,在光线品质良好的时候,用户使用低增益同样可获得高品质的影像。

快门速度
通常快门速度应设置为1/50或1/60秒;光线弱时曝光时间长,可以获得良好的性能。如果要捕捉快速移动的影像,快门速度应设定为1/10000秒。

选择合适的镜头

底座
摄影机的底座有两种主要的标准∶

1. CS-mount感测器和镜头间的距离应为12.5mm。
2. C-mount感测器和镜头间的距离应为17.5mm。如果无法聚焦,可能是选用了错误的底座类型。
另外,用户也可采用一个5mm的套环(C/CS适配器环),将C-mount镜头转换为 CS-mount镜头。

感测器尺寸
感测器尺寸越大,镜头越昂贵;1/2"镜头适用於1/2"、1/3"和1/4"感测器,但不适用於2/3"感测器。如果在大感测器上使用一个较小感测器制造的镜头,影像将会出现黑角。

焦距
焦距与感测器组合在一起形成了视角;小焦距的视角较宽,较大焦距具有狭窄的远摄视角,而在调整远摄镜头的聚焦时,操作必须更为精确。

镜头类型

镜头主要有三种类型∶

1. 单一焦距∶焦距是固定的,如4mm、8mm。
2. 变焦镜头∶可以在一定范围内调整焦距,如4-10mm;焦距变化时焦点不变。
3. 变焦点镜头∶这是一种低成本的变焦镜头;当焦距更改时,镜头必须重新聚焦;通常为3.5-8mm。

可变光圈
可变光圈是一种机械装置,用於调节通过镜头的光线数量。在镜头中有三种不同类型的可变光圈∶
1. 手动可变光圈∶转动一个环,以调节可变光圈。
2. DC自动可变光圈∶摄影机的输出调节可变光圈。
3. 影像自动可变光圈∶类比影像信号调节可变光圈;此类型目前不常使用。
室外一般采用自动可变光圈镜头,能保护影像感测器免遭强光的损坏。

网路传输线路

PSTN电话模式
广泛应用於连接外部网路,廉价且实用,但传输速度不是很快,有时会产生传输错误状况,需要重发资料。当下载文件时,最大速度可达56kbit/s,但上载文件时,最大速度是33.6 kbit/s。

ISDN电话模式
在许多国家的使用率都很高,最大传输速度为 128 kbit/s。

xDSL模式
Xdsl模式包括∶ADSL、HDSL、IDSL和VDSL等,目前越来越流行。电信服务公司和ISP厂商都提供xDSL传输模式,只要每月支付固定费用,就可以连接网际网路。
不同ISP厂商的标准速度也不尽相同,上载和下载速度也有区别。通常下载速度约为1Mbit/s,上载速度约为250Kbit/s。

有线电视Cable Modem
使用有线电视电缆传输,这种服务在人口密集的都会区域较为流行。不同地区之间的速度也不同,速度会随周围有多少用户在使用该项服务而有所变化。一般最大速度为1Mbit/s。

T 1连接
由网际网路ISP厂商提供,每月支付固定费用,就可按需要连接到网际网路。此一线路在公司行号或是网咖等线路使用率较高的单位较为流行。连接速度为1.5 Mbit/s。

10 Mbit 乙太网路
有两种主要标准;使用双绞线的10BaseT和使用同轴电缆(RG-58)的10Base2。由於10Base2有点不可靠,如果电缆上有任何地方发生中断状况,整个网路就会停止工作,所以不常使用。一般传输容量可以使用10 Mbit/s的50%。

100 Mbit 乙太网路
主要标准是100BaseT,约可使用100Mbit/s容量的50%;如果有交换机,则可以利用100%的容量。

1000 Mbit(GB)乙太网路
用於建筑物的骨干网中,主要标准是1000BaseT,约可使用1000Mbit/s容量的50%;如果有交换机,则可利用100%的容量。

行动电话(GSM、CDMA、CDPD、TDMA)
行动电话模式是连接远端摄影机(如用於交通监控的摄影机)一种很好的应用方式,无需电话线。其传输速度低,但可满足静态影像的需要。一般通信速度范围为5-20Kbit/s。

无线网路(IEEE 802.11)
由於不需要电缆,无线网路越来越流行。有许多用於高速无线通信的标准,通常最大通信速度范围为-11Mbit/s;一般实际速度为1Mbit/s。

无线网路(蓝芽)
蓝芽无线通信是一种越来越流行的标准,最大速度为720 Kbit/s,一般实际速度为500Kbit/s。

选用连接线路的建议
·电话模式适用於不需要高速传输的应用。 ·xDSL适用於办公室或是商店住家。 ·行动电话或无线网路适用於远端摄影机。 ·建筑物中建议使用100Mbit乙太网路。

低照度



行业内人士强调,照度能低到多少,不仅要看镜头的光圈大小(F 值),更要看是在什麽条件限制下才能出现所标示的LUX 值,否则只是流于数字的游戏罢了!以光圈大小( F 值)而言,光圈愈大则其所代表的F 值愈小,所需的照度愈低。另外电子灵敏度(ELECTRONIC、SENSITIVITY)是否提高,单一画面累积帧数为多少?红外线是ON 还是OFF?……等都应了解清楚,才不致被规格所标示的照度数值所混淆。

低照度摄像机在中国市场的演进过程

1、低照度摄像机在中国市场的演进简单分为以下三步:白天彩色/晚上黑白(COLOR/MONO)转换;
2、低速快门(SLOW/SHUTTER)
3、超感度摄像机(EXVIEW/HAD)。

一、白天彩色/晚上黑白(昼夜型摄像机COLOR/MONO)

此类摄像机目前在市场上仍有其特定的需求群,国内市场在美国缔佳推出DIS888C 微光夜视摄像机,以前夜视摄像机一直以此类型摄像机为夜视主流产品。

昼夜型(COLOR/MONO)摄像机的照度在国内市场上最低标示数值甚至为0LUX,我们不禁要问:“摄像机乃光学原理制成,0 照度下如何成像?”

白天彩色/晚上黑白(COLOR/MONO)摄像机是利用黑白影像对红外线感度较高的特点,在一定的光源条件,利用线路切换的方式将影像由彩色转为黑白,以便于搭配红外线。在彩色/黑白线路转换的技术演进过程中,早期像PHILIPS(飞利浦)、IKEGAMI(池上)、日本JVC 曾采用2 颗SENSOR(1 颗彩色、1 颗黑白)共用一组电路再行切换,目前此类摄像机已采用单一CCD(彩色)设计,在白天或光源充足时为彩色摄像机,当夜晚降临或光源不足时(一般在1LUX~3LUX)即利用数位电路将彩色信号消除掉,成为黑白影像,且为了搭配红外线,亦拿掉了彩色摄像机不可缺的红外线滤除器,此种作法虽可在夜晚达到“低照度”的目的,白天却有影像模糊,色彩不自然的缺点,并且摄像机的摄像距离会受到红外灯照射距离的限制。据厂商表示,为了弥补此一缺点,日本SANYO 曾推出利用马达控制滤光片开合(即随着彩色/黑白影像的切换,开合滤光片)的机种,但此机种似乎也已于市场消失。然而,COLOR MONO摄像机是否属于“低照度”摄像机,仍相当具争议性,专家指出,真正的“低照度摄像机”应指摄像机本身(所采用的元件,技术)可达到的功能,而白天彩色/晚上黑白的摄像机因受限于CCD 感度,本身并无法改变,只是利用线路切换及搭配红外光的方式将功能提升,不能算是低照度摄像机。

二、低速快门(SLOW/SHUTTER)

此类摄像机又称为(画面)累积型摄像机,是利用电脑记忆体的技术,连续将几个因光线不足而较显模糊的画面累积起来,成为一个影像清晰的画面,运用SLOW SHUTTER 技术降低摄像机照度至0.008LUX/F1.2(×128),并且画面能够累积的帧数(128 帧)是属于甚至包括进口品牌再内的领先水平。此类型低照度摄像机适用于禁止红、紫外线破坏的博物馆,夜间生物活动观察,夜间军事海岸线监视等,属性较静态场所的监视。运用SLOW SHUTTER 技术的摄像机才是真正的低照度摄像机;某些人认为,标准的低照度摄像机应是指(画面)累积型的摄像机。
目前属于此类型的低照度摄像机,以进口品牌为主导,大多数进口品牌价格昂贵,且累积帧数少(32 帧)。

三、超感度摄像机(EXVIEW/HAD)


超感度摄像机(EXVIEW/HAD),又称24 小时摄像机,为”98 年全世界最热门的机种,其彩色照度可达0.05LUX,黑白则可达0.003-0.001LUX(亦可搭配红外线以达0LUX)不仅能清晰的辩识影像,更是实时连续的画面。
此类型摄像机主要是采用SONY 元件厂所推出的EXVIEW/HAD/CCD(超感CCD),其运用专利技术将CCD 每一画素的开口率提高,进而达到更低照度的要求,由于该CCD 的制造成本仍高,相对的成品制造商要研发此类摄像机的技术门槛也较高。
EXVIEW HAD CCD+画面累积技术,并且基本消除了拖影现象,估计以目前全球技术而言也属于领先水平。专业人士认为若EXVIEW/HAD/CCD 一旦普及,则此类摄像机将会是最具明日之星架势的监视摄像机。

低照度摄象机与红外灯



超低照度摄像机是近年来随着半导体技术发展而推出的监控行业热点产品。目前已广泛用于金融、文博、酒店、写字楼、住宅小区物业管理等领域。由于传统的摄像机难以满足24小时连续监控(因为不可能在任何地点都做到24小时开灯)的需求,新技术型的超低照度摄像机抓住这一良机迅速发展起来。

一般的超低照度摄像机大都采用Exview HAD 技术,采用Exview HAD CCD的摄像机, 对外界光线的敏感程度会大大提高,在近红外区域,其感度可以提高到普通摄像机的4倍,如(图1)。因此,即使在非常暗的环境下,这种摄像机通常可以看到人眼看不到的物体,这一技术的出现受到了监控市场的欢迎,对各种光照环境下均可表现出最佳的效果,特别是配合专用的红外照明设备,可以得到高清晰度的黑白图像,实现0照度的监控(完全无光的情况下)。在近红外800mm-1100mm的近红外区域,如果配合合适波长的红外照明,就可以实现清晰的黑白图像。

类似地获得低照度下图像的方法是通过电荷单帧累积方式增加CCD在单帧图像的爆光量, 从而提高摄像机对单帧图像的灵敏度。这种方式也可以获得较低的照度指标,但是需要降低图像的连贯程度,所以选择这种摄像机时要注意尽可能不要同云台一起使用,否则会造成丢失画面的现象。在获得低照度下图像上还有一些其它的办法,但都不能从根本上解决照度问题。

另外,在选择使用低照度摄像机和红外线灯时要注意几点。

第一,必须选择适当的镜头。为了提高摄像机对红外灯以及景物的敏感度,应尽可能选用通光量大的镜头,并注意在使用自动光圈或电动二可变镜头时,要尽可能开大光圈的驱动电平值。因为一般随着镜头焦距的增加,其通光量会相对减少,在选择红外灯时要留一定的余量,并注意红外灯的标称指标。

第二,红外灯的选配电源应尽可能要满足其所需的最小电功率,经常发生照射距离不够的情况。

第三,要考虑被摄像景物的反光程度,由于红外线具备可见光相同的如反射、折射等特性,因此,在目标景物周围如果没有良好的反光环境(如建筑物、围墙、标牌)时应考虑一定的距离余量。

摄象机的定焦和变焦镜头

镜头是摄像机的眼睛,正确选择镜头以及良好的安装与调整是清晰成像的第一步。当前,1/3"镜头是应用的主流,自动光圈镜头销售量最多,变焦镜头是应用发展的趋势。

1)应依据摄像机到被监视目标的距离,来选择定焦镜头(Fixed Focal Lens)的焦距。
从焦距上区分有短焦距广角镜头、中焦距标准镜头、长焦距远镜头。镜头焦距通常用值来表示,镜头光圈一般用F表示,F取值以镜头的焦距/和通光孔径d的比值来衡量,F=f/d,每个镜头上均标有其最大的F值。

2)摄像机的镜头规格应与摄像机CCD靶面尺寸(1/2"为6.4hX4.8υ、1/3"为4.8hX3.6υ、1/4"为3.2hX2.4υ)相对应。如果镜头尺寸与摄像机CCD靶面尺寸不一致时,观察角度将不符合设计要求,或者发生画面在焦点以外等问题。

3)摄像机的水平视觉度数及垂直视觉度数与摄像机CCD靶面尺寸hXυ及镜头焦距f之间有如下关系:水平视觉度数=2arctan (h/2f);
垂直视觉度数=2arctan (υ/2f)。

4)镜头有自动光圈(auto iris)和手动光圈(manual iris)之分。自动光圈用于被照物光线变化较多场合,手动光圈用于被照物光线稳定之处。
自动光圈镜头有二种驱动方式:一类为视频输入型Video driver(with Amp),它将一个视频信号及电源从摄像机输送到透镜来控制镜头上的光圈,这种视频输入型镜头内包含有放大器电路,用以将摄像机传来的视频信号转换成对光圈马达的控制,另一类称为DC输入型(DC driverno Amp),它利用摄像机上的直流电压来直接控制光圈,这种镜头内只包含电流计式光圈马达,摄像机内没有放大器电路。二种驱动方式产品不具可互换性,但现已有通用型自动光圈镜头推出。

5)镜头安装有C型和CS型两种,C型安装的镜头在CCD摄像机与镜头间多了5mm 调整光圈值的环。C型安装的摄像机可用CS型镜头,但CS安装的摄像机不能使用C型镜头。Philips公司推出革命性的Wizard镜头安装向导,保证镜头与摄像机的完全兼容,这使得在任何环境下都可得到最优图像。

6)变焦镜头由于在一个镜头内能够使镜头焦距在一定范围内变化,因此可以使被监控的目标放大或缩小。典型的光学放大规格有诸如6~20倍等不同档次,并以电动缩放镜头(Zoom Lens)应用最普遍。按变焦镜头参数可调整的项目划分有:
·三可变镜头——光圈、聚焦、焦距均需人为调节。
·二可变镜头——通常是自动光圈镜头,而聚焦和焦距需人为调节。
·单可变镜头——一般是自动光圈和自动聚焦的镜头,而焦距需人为调节。

7)缩放/变焦镜头(Vari Focal Lens)是变焦镜头配合缩放镜头功能,焦距连续可变,可将远距离物体放大,又可提供一个宽广视景,使监视宽度增加。日本Kowa公司提供从1.6~3.4mm的宽角度镜头到15.0—300mm的远距镜头。

8)除传统的球面镜头外,新一代的是非球面镜头(Aspherical Lens),镜片研磨的形状为抛物线、二次曲线、三次曲线或高次曲线,并且在设计时就考虑到了镜头的相差、色差、球差等校正因素,通常一片非球面镜片就能达到多个球面镜片矫正像差的效果,因此可以减少镜片的数量,使得镜头的精度更佳、清晰度更好、色彩还原更为准确、镜头内的光线反射得以降低,镜头体积也相应缩小。非球面镜头具有变倍高、物距短、光圈大的特点。变倍高可以简化镜头的种类,物距短可以应用在近距离摄像的场合,光圈大则可以适应光线较暗的场所,因此应用领域日渐宽广。日本AVENIA的非球面镜头产品SSV0770,近摄距离可到30cm,
光圈值也可到F1.6,变焦范围可从7.0~70mm,变倍率高达十倍,可用于电视监控等领域。

摄象机

1. 摄像机

摄像部分一般安装在现场,它包括摄像机、镜头、防护罩、支架和电动云台。它的作用是对监视区域进行摄像并将其转换成电信号。

像机分为彩色和黑白两种,一般黑白摄像机要比彩色的灵敏度高,比较适合用于光线不足的地方,如果使用的目的只是监视景物的位置和移动,可采用黑白摄像机;如果要分辨被摄像物体的细节,比如分辨衣服和景物的颜色,则采用彩色的比较好。

摄像机的规格可分为1/3〃、1/2〃和2/3〃等,安装方式有固定和带云台二种。




在闭路监控系统中,摄像机又称摄像头或CCD(Charge Coupled Device)即电荷耦合器件。严格来说,摄像机是摄像头和镜头的总称,而实际上,摄像头与镜头大部分是分开购买的,用户根据目标物体的大小和摄像头与物体的距离,通过计算得到镜头的焦距,所以每个用户需要的镜头都是依据实际情况而定的,不要以为摄像机(头)上已经有镜头。

摄像头的主要传感部件是CCD,它具有灵敏度高、畸变小、寿命长、抗震动、抗磁场、体积小、无残影等特点,CCD是电耦合器件(Charge Couple Device)的简称,它能够将光线变为电荷并可将电荷储存及转移,也可将储存之电荷取出使电压发生变化,因此是理想的摄像元件。是代替摄像管传感器的新型器件。
CCD的工作原理是: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,通过摄像头的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机、家用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。

1.D摄像机的选择和分类

CCD芯片就像人的视网膜,是摄像头的核心。目前我国尚无能力制造,市场上大部分摄像头采用的是日本SONY、SHARP、松下、LG等公司生产的芯片,现在韩国也有能力生产,但质量就要稍逊一筹。因为芯片生产时产生不同等级,各厂家获得途径不同等原因,造成CCD采集效果也大不相同。在购买时,可以采取如下方法检测: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,而且不需要其它专用仪器。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。好的CCD可以很好的还原景物的色彩,使物体看起来清晰自然;而残次品的图像就会有偏色现象,即使面对一张白纸,图像也会显示蓝色或红色。个别CCD由于生产车间的灰尘,CCD靶面上会有杂质,在一般情况下,杂质不会影响图像,但在弱光或显微摄像时,细小的灰尘也会造成不良的后果,如果用于此类工作,一定要仔细挑选。

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。 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), 220VAC, 24VAC。12VDC或9VDC(-----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,line lock):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、按外观分:有机板型、针孔型、半球型。
CCD彩色摄像机的主要技术指标

(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TV LINES)来表示的,彩色摄像头的分辨率在330~500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,现在也有低于1lux的普通摄像机问世。

(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。

更新日期:2008-6-19

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