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闭路电视监控基础知识,TechnicalSupportDepartment2006年2月,电视成像原理,闭路电视,为什么叫闭路电视？我们是通过镜头和摄像机成像，由视频电缆把信号传输给监视器显示，相对于广播电视来说，这是个封闭的链路，所以我们称其为闭路电视。,摄像机的主要技术参数,CCD基本概念CCD是什么？CCD（ChargeCoupledDevice）称为电荷耦合器件。是一种把光信号转换成电信号并进行存储、转移的器件。摄像头的主要传感部件是CCD芯片，CCD芯片就像人的视网膜，是摄像头的核心。,CCD尺寸,CCD的尺寸即摄象机靶面。目前采用的芯片大多数为1/3”和1/4”。在选择摄像头时，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。在相同的光学镜头下，成像尺寸越大，视场角越大。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。,像素,CCD的像素是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象机。,分辨率,分辨率是用电视线（简称线TVLINES）来表示的。彩色摄象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。,最小照度,照度又称灵敏度，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。照度是反映光照强度的一种单位，单位是每平方米的流明数，1Lux大约等于1烛光在1米距离的照度1Lux=1Lm/m2（Lm是光通量的单位）。黑白摄像机的灵敏度大约是0.020.5Lux(勒克斯)，彩色摄像机多在1Lux以上。摄像的灵敏度与镜头F值有关，0.97Lux/F0.75=2.5Lux/F1.2=3.4Lux/F1.6普通型：正常工作所需照度13LUX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,扫描制式,根据各国供电所采用的频率不同，有PAL制和NTSC制之分。50HZ：PAL制，隔行扫描（PAL）制式（黑白为CCIR），标准为625行，50场。60HZ：NTSC制式，525行，60场（黑白为EIA）。,摄像机电源,交流有220V、110V、24V，直流有12V、9V。,信噪比,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。信噪比的典型值为4555db，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。,视频输出,1Vp-p、75，采用BNC接头。,镜头安装方式,有C和CS方式，两者的螺纹均为每1英寸32牙，直径为1英寸，差别是镜头距CCD靶面的距离不同。C式安装座从基准面到焦点的距离为17.562毫米，CS式距焦点距离为12.5毫米。,C-CS接环,在安装镜头前，先确定摄像头和镜头是不是同一种接口方式，如果不是，就需要根据具体情况增减接圈。有的摄像头不用接圈，而采用后像调节环，调节时，用螺丝刀拧松调节环上的螺丝，转动调节环，此时CCD靶面会相对安装基座向后（前）运动，也起到接圈的作用。另外采用的方式类似后像调节环，它的固定螺丝一般在摄像机的侧面。拧松后，调节顶端的一个齿轮，也可以使图象清晰而不用加减接圈。,同步方式,对单台摄象机而言，主要的同步方式有下列三种：内同步利用摄象机内部的晶体振荡电路产生同步信号来完成操作。外同步利用一个外同步信号发生器产生的同步信号送到摄象机的外同步输入端来实现同步。电源同步也称之为线性锁定或行锁定，是利用摄象机的交流电源来完成垂直推动同步，即摄象机和电源零线同步。,自动增益控制,所有摄象机都有一个把来自CCD的信号放大到可以使用水准的视频放大器，其放大量即增益，将微弱的信号放大到能正常使用，从而使摄像机能在亮度较低的环境下使用。然而在亮光照的环境中放大器将过载，使视频信号畸变。这样需利用摄象机的自动增益控制（AGC）电路去探测视频信号的电平，适时地开关AGC，从而使摄象机能够在较大的光照范围内工作，即在低照度时自动增加摄象机的灵敏度，从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。而照度较高时能自动降低增益放大倍数，保证图像不发生畸变。自动增益打开时，信号电压和噪声电压被同时放大，信噪比将会减小。,背光补偿（BLC）,通常，摄象机的自动增益控制是通过对整个视场的平均亮度来调节增益的，但如果视场中包含一个很亮的背景区域，而观察的主体目标处于亮场的包围中，画面会显示一片昏暗，无层次。放大器检测到的信号平均电平很高，增益的倍数也随之减少，无法改进画面主体目标的明暗度。当背景光补偿为开启时，摄象机仅对整个视场的部份区域进行检测，来得到整个视场的平均信号电平，从而确定AGC电路的工作值。由于子区域的平均电平很低，所以增益也会较高。整个画面都会更加明亮。,电子快门（SHUTTER）,这是一个类比于照像机的机械快门功能提出的一个术语，相当于控制CCD图像传感受器的感光时间，感光时间越长，电荷积累时间也就越长，输出信号电流的强度也就越大。在照度较高的地方，感光时间要求短些，否则画面会偏白。在照度较低的地方，感光时间要求长些，这样画面会积累较多的电荷，从而使图像变得清晰。CCD摄像机的电子快门还可以有效的防止高速移动物体的拖影现象。,白平衡,所谓白平衡，就是摄像机对白色物体的还原。,上图中中间的图像彩色还原是正常的，而右侧的图像明显偏蓝，左侧图像则偏红，因此左侧及右侧的图像都为白平衡不正常的图像。,色温,光源色温（）蜡烛2000钨丝灯2500-3200碳棒灯4000-5500荧光灯4500-6500日光（平均）5400有云天气下的日光6500-7000阴天的日光12000-18000从上表可见，不同光线下色温相差十分悬殊，造成摄像机在不同的光线下彩色还原不同。为解决这个问题，摄像机都具有白平衡校正功能，对不同的色温进行补偿，从而真实地还原拍摄物体的色彩。,摄像机的白平衡功能分两种,图像的各种色彩是由红、绿、蓝三种颜色组成的，当电路中的红、绿、蓝三种色彩各自的的信号电压相等时，可以在监视器上输出纯白色的被摄景物，此时称之为白平衡。此时，摄像机能够显示最真实的被摄物体。白平衡如果未调节好，显示的画面将出现偏色（红、蓝、绿）的情况。摄像机的白平衡功能分两种：自动白平衡及手动白平衡功能。,A、自动白平衡,自动白平衡是摄像机能够根据拍摄的光线条件在一定色温范围内自动地进行白平衡校正而不需要干预，其能够自动校正的色温范围大约在2500K-7000K之间，超过此范围，摄像机将无法进行自动校正而造成拍摄画面色彩失真，此时就应当使用手动白平衡功能进行白平衡的校正。自动白平衡又分为自动方式和按钮方式。,连续方式（AWC）,连续方式此时白平衡设置将随着景物色彩温度的改变而连续地调整，范围为28006000K。这种方式对于景物的色彩温度在拍摄期间不断改变的场合是最适宜的，使色彩表现自然，但对于景物中很少甚至没有白色时，连续的白平衡不能产生最佳的彩色效果。,按钮方式（ATW）,按钮方式先将摄象机对准诸如白墙、白纸等白色目标，然后将自动方式开关拨到设置位置，保留在该位置几秒钟或者至图像呈现白色为止，在白平衡被执行后，将设置开关拨回以锁定该白平衡的设置，此时白平衡设置将保持在摄象机的存储器中，直至再次执行被改变为止，其范围为230010000K，在此期间，即使摄象机断电也不会丢失该设置。以按钮方式设置白平衡最为精确和可靠，适用于大部分应用场合。,B、手动白平衡（MAW）,开手动白平衡将关闭自动白平衡，此时改变图像的红色或兰色状况有多达107个等级供调节，如增加或减少红色各一个等级、增加或减少兰色各一个等级。除次之外，有的摄象机还有将白平衡固定在3200K（白炽灯水平）和5500K（日光水平）等档次的命令。,低速快门（SLOW/SHUTTER）,此类的摄影机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，但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。,数字信号处理DSP,在模拟制式的基础上引入部分数字化处理技术，称为数字信号处理（DSP，DIGITALSIGNALPROCESSOR）摄象机。该种摄象机具有以下优点：1.由于采用了数字检测和数字运算技术而具有智能化背景光补偿功能。常规摄象机要求被摄景物置于画面中央并要占据较大的面积方能有较好的背景光补偿，否则过亮的背景光可能会降低图像中心的透明度。而DSP摄象机是将一个画面划分成48个小处理区域来有效地检测目标，这样即使是很小的、很薄的或不在画面中心区域的景物均能清楚地呈现。2.由于DSP技术而能自动跟踪白平衡，即可以在任何条件检测和跟踪“白色”，并以数字运算处理功能来再现原始的色彩。传统的摄象机因系对画面上的全部色彩作平均处理，这样如果彩色物体在画面上占据很大面积，那么彩色重现将不平衡，也就是不能重现原始色彩。DSP摄象机是将一个画面分成48个小处理区域，这样就能够有效地检测白色，即使画面上只有很小的一块白色，该摄象机也能跟踪它从而再现出原始的色彩。在拍摄网格状物体时，可将由摄象机彩色噪声引起的图像混叠减至最少。,超感度摄像机（EXVIEW/HAD）,一般的超低照度摄像机大都采用ExviewHAD技术，采用ExviewHADCCD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。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760mm-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。,镜头的主要功能,镜头相当于人眼的晶状体，如果没有晶状体，人眼看不到任何物体；如果没有镜头，那么摄像头所输出的图像就是白茫茫的一片，没有清晰的图像输出，这与我们家用摄像机和照相机的原理是一致的。当人眼的肌肉无法将晶状体拉伸至正常位置时，也就是人们常说的近视眼，眼前的景物就变得模糊不清；摄像头与镜头的配合也有类似现象，当图像变得不清楚时，可以调整摄像头的后焦点，改变CCD芯片与镜头基准面的距离（相当于调整人眼晶状体的位置），可以将模糊的图像变得清晰。由此可见，镜头在闭路监控系统中的作用是非常重要的。工程设计人员和施工人员都要经常与镜头打交道：设计人员要根据物距、成像大小计算镜头焦距，施工人员经常进行现场调试，其中一部分就是把镜头调整到最佳状态。,1安装方式,所有的摄象机镜头均是螺纹口的，摄象机的镜头安装有两种工业标准，即安装座和安装座。两者螺纹部分相同，但两者从镜头到感光表面的距离不同。安装座：从镜头安装基准面到焦点的距离是17.526mm。安装座：特种安装，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。如果要将一个安装座镜头安装到一个安装座摄象机上时，则需要使用CCS镜头转换器。,2镜头规格,摄象机镜头规格应视摄象机的CCD尺寸而定，两者需要相对应。即：摄象机的CCD靶面大小为12英寸时，镜头应选12英寸。摄象机的CCD靶面大小为13英寸时，镜头应选13英寸。摄象机的CCD靶面大小为14英寸时，镜头应选14英寸。如果镜头尺寸与摄象机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镜头光圈,镜头有手动光圈（manualiris）和自动光圈（autoiris）之分。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,自动光圈镜头有两类：1、将一个视频信号及电源从摄象机输送到透镜来控制镜头上的光圈，称为视频输入型；2、利用摄象机上的直流电压来直接控制光圈，称为DC输入型。,ALC,自动光圈镜头上的ALC（自动镜头控制）调整用于设定测光系统，可以以整个画面的平均亮度，也可以以画面中最亮部分（峰值）来设定基准信号强度，供给自动光圈调整使用。ALC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ALC来变换画面。,光圈孔径,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，一般用表示，其取值为镜头焦距与镜头通光口径之比，即：Ff（焦距）（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，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。,镜头的主要性能指标,一、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；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。,镜头的主要性能指标,二、光阑系数光阑系数即光通量，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/F1.4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1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22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2开根号倍，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。,手动光圈镜头和自动光圈镜头,镜头的光圈手动光圈（MANUALIRIS）和自动光圈（AUTOIRIS）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、入口等光线变化大且频繁的场合。,自动光圈镜头：,自动光圈镜头目前分为两类：1、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。2、直流（DC）驱动型，利用摄像头上的直流电压来直接控制光圈