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安防监控系统,上海颐嘉电子科技有限公司,本文主要针对从事安防工作的人员(包括技术人员,营销人员和与安防有关的人员),对监控系统做一个整体的了解和剖析。,前 言,我国安全技术防范行业(简称安防行业)的发展历程,将 其分为三个阶段: 1979-1983年为起步阶段; 1984-1996年为发展阶段; 1997年后为提高阶段,即探索安全技术防范的发展规律和方向的阶段。,第一章 监控系统的发展,二、传统模拟监控系统,定义: 闭路电视监控系统是基于民用闭路电视为标准、产品的 一门技术,传输的信号是模拟视频信号。 特点:早期的监控主要以摄像机与监视器(电视)一对一监视 系统为主,保安人员进行实时监看。 弊病:造价高、施工复杂、资源浪费及安装场所需空间大等。,分配器作用:将一路视频信号分为多路,一般常见的有1分2、 1分4、1分8等。如一路图像需要同时在办公室 和门卫室显示,这样就需要将信号分成两路到 两个不同地理位置的地方显示。,1、视频分配器,作用:将多个摄像机在一台监视器(电视)上显示,也可 设定一个时间,让多个摄像机图像在一台监视器 (电视)上轮流显示。 优点:降低成本(监视器(电视)价格较高), 节约空间(点对点显示,需要相当大的房 间摆设大 数量的显示设备 ),2、视频切换器,3、视频分割器,作用:将多个视频信号以4、9、16的分格形式显示在 一起,也可以单独显示某一路视频信号,而不 需要轮流显示多个画面 。,4、视频模拟矩阵,作用:整合了视频分配器和视频切换器的功能,通过内部调度在有限的显示设备上,对前端监控点图像进行有序的调度 ,实现在一个监控环境内更好的显示出该区域内的所有监控点图像 。,功能举例 :前端64路摄像机输入, 后端4个监视器输出),实现: 后端监视器上可以任意选择前端图像显示; 前端任意一路图像可同时显示在后端4台监视器上; 前端64路图像可同时在4台监视器上实现轮巡; 可以将前端64路图像任意分4组,每组图像在一台监视 器上进行轮巡。,5、总结,传统模拟监控系统存在一下不足: 传输部分:传统的视频信号线传输距离受限,使得监控系统的铺 设范围受限。在分布较广的区域,需要建立多个监控 点,无法统一调度、管理; 录象存储:传统的监控系统是采用磁带录像机进行录像,存储系 统相当庞大,只有在安防要求相当高的地方才能消费 如此高的产品。,三、数字化监控系统,数字化监控系统是在计算机、计算机网络技术的飞速发展下孕育 而生的,将视频信号转化为数字信号进行传输、储存。在降低了 成本的同时,使得监控系统能适应更多更大的使用环境。,1、硬盘录像机、视频服务器,作用:将前端的各个视频信号转化为数字信号,在录像机内进行存 储,可灵活的将这些画面显示在录像机的显示设备上。另外,录像 机具备了网络特性,用户可以通过网络对分布在广大区域的录像机 进行访问,随时随地监看到前端录像机的画面。,整体结构图,2、IP摄像机,优点:IP摄像机区别于传统的摄像机,主要是视频输出信号的不同, 他不需要借鉴转换设备,IP摄像机转换信号格式是在摄像机内的IP 模块里进行的,IP模块也相当于一个物理网卡,在设定IP地址后, 可以通过网络来访问。,第二章 摄像机基础及目前主流产品,一、摄像机结构及原理,1、摄像机的基本结构,注:图中的每个部分就是一个零器件,组合起来就是一个整体,一 个可用的“机器”,也就是一个“方案”,各零器件功能定义,CCD:(Charge Coupled Devices)电荷耦合器件。CCD就相当与人 的眼睛,通过其肝光点把光影像转成电子信号。,V-Driver:能产生不同的脉波,将CCD感光点上的电子信号转换出来。 即通常说的CCD的驱动。,CDS/AGC: CCD出来的讯号,在这颗晶片内做处理后,送进 DSP(数字信号处理器)。,DSP: (Digital Signal Processor),也就是数字信号处理器, 主要针对算法运算而产生的一种MCU.在摄像机中是进行颜色, 亮度,白平衡等运算。运算后又把信号转换成模拟信号输出, 也就是视频输出。,2、主流方案,方案主要是针对DSP来说的,把DSP和CCD搭配起来就是我们所说的 方案,目前摄像机市场上应用比较多占主流地位的是SONY和SHARP 生产的DSP。,SONY主要有以下几种方案:,(1)SS-1;CXD2163BR,SS-1可接高解CCD(ICX408AK/超低照度ICX258AK(NTSC) 和ICX409AK/超低照度ICX259AK(PAL),还可以接低 解CCD(ICX404AK(NTSC)和ICX405AK(PAL),(2)SS-11;CXD3141或CXD3142,这款DSP只能接低解的CCD,3142比3141多了镜像功能,(3)SS-HQ1;CXD3172AR,是520线机子用的DSP ,能接高低解的CCD,(4)SS-11X;CXD4103R,是SONY目前最新的DSP,解决了SS-HQ1的发热问题,可接高低解的CCD。,(5)SHARP 38603A,接SHARP低解CCD,3、CCD介绍,CCD是20世纪70年代初发展起来的新型半导体集成光电器件。由于 CCD器件具有诸多优点:灵敏度高、光谱响应宽、动态范围大、空间 自扫描,抗震动、抗磁场、体积小、无残影等,CCD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。,(1)CCD尺寸,CCD尺寸指CCD上的感光面积的大小。目前采用的芯片大多数为1/3” 和1/4” 。在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。 在相同的光学镜头下,成像尺寸越大,视场角越大。,1英寸尺寸为宽12.7mm*高9.6mm,对角线16mm。 2/3英寸尺寸为宽8.8mm*高6.6mm,对角线11mm。 1/2英寸尺寸为宽6.4mm*高4.8mm,对角线8mm。 1/3英寸尺寸为宽4.8mm*高3.6mm,对角线6mm。 1/4英寸尺寸为宽3.2mm*高2.4mm,对角线4mm。,(2)CCD的辨别,简单好用的方法从外表上辨别SONY和SHARP的CCD 的方法,CCD的表面上下两排金属的接点,缺门牙是SONY的特征(其中少两个门牙的是1/3 SONY, 少一个门牙的是1/4 SONY),没缺门牙的是SHARP的CCD,松下的也没有缺门牙,只是金 属线条比SHARP粗,SONY CCD,SHARP CCD,(3)SONY EXVIEW HAD CCD,索尼在1998年新开发的“EXVIEW HAD CCD”技术,主要是用来处理 夜间光线不足的情况。他可以将传统CCD未能有效利用的近红外 线光,有效转换成为映像资料而用。使得可视光范围扩充到红外 线,让感亮度能大幅提高。利用“EXVIEW HAD CCD”组件时,在黑 暗的环境下也可得到高亮度的照片。而且之前在硅晶板深层中做 的光电变换时,会漏出到垂直CCD部分的SMEAR成分,也可被收集 到传感器内,所以影响画质的杂讯也会大幅降低。,镜头是摄像机的第一道关口,他的作用是光信号(可见光与非可 见光)成像在摄像机的CCD上。,4、镜头,(1)镜头主要的参数,焦距: 从焦点到透镜中心的距离, 即焦距长度。 焦距长短与成像大小成正比 ,与视角大小成反比。 焦距长短与景深成反比 ,与透视感的强弱成反比。,光圈:用来调整摄像机的进光量,F表示镜头的孔径,较小的 F值表示较大的光圈。,景深:当某一物体聚焦清晰时,从该物体前面的某一段距离到其 后面的某一段距离内的所有景物也都当清晰的。焦点相当清 晰的这段从前到后的距离就叫做景深 。,视频驱动: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。,直流驱动: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。,有效距离:不同尺寸的镜头,最佳的成像距离。一般为镜头尺 寸的1.5-2.0倍。,(2)固定镜头,固定镜头指焦距是固定不可调节的镜头,根据光圈的不同可分为 手动固定光圈镜头、直流驱动固定光圈镜头和视频驱动固定光圈 镜头。主要尺寸如下:,可变镜头一般分为二可变镜头和三可变镜头,主要是以可变项 目来定义的:,在这里引入一个行业里常用的术语“该镜头是多少倍的”, 这个倍数指的是该可变镜头最大尺寸和最小尺寸的商。 如8.5-51mm的镜头,大概就是6倍。,(3)可变镜头,5、滤光片,定义:是安装在CCD前的一个滤镜,滤除光线中的无用光,保证 接收的图像不会受到影响。,分类:滤光片的材质根据优劣分为水晶和玻璃两种。水晶内 部结构紧密、均匀,较好的避免光传播过程中的折射、 反射现象。因此被做为高档产品使用。,二、摄像机发展,摄像机在整个发展过程中,根据实际使用的需求,技术在不断的 进步。总体说来应该分为以下几个方面的提高: 从黑白摄像机到彩色摄像机; 彩色摄像机的清晰度从420、480至540线不断的提高; 彩转黑摄像机的产生; 宽动态摄像机的出现; 超低照度摄像机的诞生; 红外一体化摄像机; 一体化摄像机。,(1)最低照度 最低照度也称为灵敏度。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。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。,1、摄像机重要参数,(2)白平衡 物体颜色会因投射光线颜色产生改变,在不同光线的场合下拍摄出 的照片会有不同的色温。例如以钨丝灯(电灯泡)照明的环境拍出的 照片可能偏黄,一般来说,CCD没有办法像人眼一样会自动修正光 线的改变。所以通过白平衡的修正,它会按目前画像中图像特质, 立即调整整个图像红绿蓝三色的强度,以修正外部光线所造成的误 差。有些摄像机除了设计自动白平衡或特定色温白平衡功能外, 也提供手动白平衡调整。,(3)背光补偿 Black Light Compensation不可见光补偿、逆光补偿通常,摄像机 的AGC工作点是通过对整个视场的内容做平均来确定的,但如果视 场中包含一个很亮的背景区域和一个很暗的前景目标,则此时确定 的AGC工作点有可能对于前景目标是不够合适的,背景光补偿有可 能改善前景目标显示状况。 当背景光补偿为开启时,摄像机仅对 整个视场的一个子区域求平均来确定其AGC工作点,此时如果前景 目标位于该子区域内时,则前景目标的可视性有望改善。,(4)自动增益(AGC) Automatic Gain Control自动增益控制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0.7V,即,为了能在不 同的景物照度条件下都能输出的标准视频信号,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 照度时的灵敏度会有所提高,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。,(5)信噪比(S/NRatio) Signal-to-Noise Ratio信号杂讯比,信噪比是信号电压对于噪声 电压的比值,通常用符号S/N来表示。由于在一般情况下,信号电 压远高于噪声电压,比值非常大,信噪比的单位用DB来表示。一般 摄像机给出的信噪比值均是在
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