视频监控系统技术讲座

视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 1 视频安防监控系统 主讲人： 徐慧 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 2 第 1章：视频安防监控系统 概述 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 3 1.1 视频安防监控系统的概念 视频安防监控系统（ VSCS）（ video surveillance & control system）是安全技术防范系统的重要组成部分， 利用视频探测技术、监视设防区域并实时显示、记录现场图像的电子系统或网络。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 4 视频安防监控系统还可以与防范报警系统等其它安全技术防范体系联动运行，使用户安全防范能力得到整体的提高。 1.2 视频安防监控系统组成 视频安防监控系统集成了预防、监视、控制取证和管理等功能，从逻辑上可分为：前端、传输、处理 /控制和记录 /显示四部分，如图所示。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 5 视频安防监控系统组成 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 6 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 7 1） 前端部分 前端部分由摄像机、镜头、防护罩、安装支架、云台、解码器等组成，主要用于对公共区域、重点区域进行摄像，并将视频信号传送到后端进行处理。 （ 1） 摄像机 摄像机是将现场图像变成视频电信号的设备，摄像机的主要传感部件是 CCD 。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 8 a) CCD摄像机的选择： CCD芯片就像人的视网膜，是摄像机的核心。市场上大部分摄像机采用的是 日本 SONY、 SHARP、松下、 LG等公司生产的芯片。 b) CCD 摄像机的分类： 依成像色彩划分：分为彩色摄像机和黑白摄像机。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 9 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。 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。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 10 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。 依供电电源划分： 110VAC（ NTSC制式多属此类）， 220VAC， 24VAC。 12VDC或 9VDC（微型摄像机多属此类）。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 11 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。 电源同步（线性锁定， line lock）：用摄像机 AC电源完成垂直推动同步。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 12 按照度划分： 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 。 红外型：采用红外灯照明，在没有光线的情况下也可以成像 。 按外观分：机板型、针孔型、半球型、枪式等等。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 13 c） CCD彩色摄像机的主要技术指标 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。 CCD像素 是 CCD的主要性能指标，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。 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。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 14 最低照度，也称为灵敏度。 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。扫描制式，有 PAL制和 NTSC制之分。 摄像机电源 交流有 220V、 110V、 24V，直流为 12V 或 9V。 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。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 15 视频输出 多为 1Vp-p、 75，均采用 BNC接头。 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。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 16 同步方式的选择 自动增益控制 背景光补偿 电子快门 白平衡 ：自动白平衡；手动白平衡 色彩调整 d） CCD彩色摄像机的可调整功能 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 17 数字化式的调整控制方法 DSP摄像机 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， DIGITAL SIGNAL PROCESSOR）摄像机。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 18 （ 2） 镜头 镜头是将被观察目标的光像聚焦于 CCD成像器件上的元件，其基本参数有：焦距、光圈（自动、手动）、视场角、镜头安装接口（ C/CS）、景深等。 a） 镜头的分类 按镜头尺寸划分 摄像机镜头与摄像机一样也分为 8.5 mm (1/3英寸 )、 13mm(1/2英寸 )、 17mm (2/3英寸 )、 19mm(3/4英寸 )、 25mm(l英寸 )等多种，在选择摄像机镜头时，一般应与摄像机相对应，即 13mm摄像机应选用13mm镜头。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 19 按镜头类别划分 摄像机镜头分手动光圈镜头和自动光圈镜头两大类型，手动和自动调整都是为了调节光通光量，使传感器（ CCD)感受光量保持在最佳状态。 手动光圈镜头是最简单的镜头，适用于光照条件相对稳定的条件下。 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动作由马达驱动，马达受控于摄像机的视频信号。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 20 自动光圈镜头有两种驱动方式： 一类为视频输入型（ Video driver with Amp)，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 driver no Amp)，它利用摄像机上的直流电压来直接控制光圈，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。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 21 手动光圈镜头和自动光圈镜头又有定焦距（光圈）镜头和电动变焦距镜头之分。 定焦距（光圈）镜头，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。 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。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 22 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 23 b） 镜头选择的计算方法 视场和焦距的计算： 视场系指被摄取物体的大小，视场的大小是以镜头至被摄取物体距离，镜头焦距及所要求的成像大小确定的。 镜头的焦距，视场大小及镜头到被摄取物体的距离的计算如下： f=wL/W 与 f=hL/H f：镜头焦距 L：被摄物体至镜头的距离 w：图象的宽度（被摄物体在 ccd靶面上成象宽度） W：被摄物体宽度 H：被摄物体的高度 h：图象高度（被摄物体在 ccd靶面上成像高度）视场（摄取场景）高度 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 24 c）镜头的安装方式 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。 在视频安防监控系统中常用的镜头是 C型安装镜头，大多数摄像机的镜头接口则做成 CS型，将C型镜头安装到 CS接口的摄像机时需增配一个 5 mm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。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 25 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，这一点在使用中需特别注意。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 26 （ 3） 云台 云台是控制现场摄像机的设备，其控制的主要功能有：摄像机的上、下、左、右旋转、镜头的变焦、接收报警输入、产生报警输出等。其实云台就是两个交流电组成的安装平台，可以水平和垂直的运动。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 27 云台分类： 按使用环境分为室内型和室外型，主要区别是室外型密封性能好，防水、防尘，负载大。 按安装方式分为侧装和吊装，即云台是安装在天花板上还是安装在墙壁上。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 28 按外形分为普通型和球型，球型云台是把云台安置在一个半球形、球形防护罩中，除了防止灰尘干扰图像外，还隐蔽、美观、快速。 在挑选云台时要考虑安装环境、安装方式、工作电压、负载大小，也要考虑性能价格比和外型是否美观。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 29 （ 4） 支架： 普通支架有短的、长的、直的、弯的，根据不同的要求选择不同的型号。室外支架主要考虑负载能力是否合乎要求，再有就是安装位置，因为从实践中我们发现，很多室外摄像机安装位置特殊，有的安装在电线杆上，有的立于塔吊上 ， 有的安装在铁架上 由于种种原因，现有的支架可能难以满足要求，需要另外加工或改进，这里就不再多说了。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 30 （ 5） 防护罩 防护罩也是监控系统中最常用的设备之一，主要分为室内和室外两种。 室内防护罩主要区别是体积大小，外形是否美观，表面处理是否合格。功能主要是防尘、防破坏。 室外防护罩密封性能一定要好，保证雨水不能进入防护罩内部侵蚀摄像机。 有的室外防护罩还带有排风扇、加热板、雨刮器，可以更好的保护设备。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 31 2） 后端部分： 后端部分由视频画面处理器、录像机、矩阵切换主机、控制键盘、监视器等组成，对前端传送的视频信号进行分割、处理、记录和控制 ，完成监视、控制、记录等防范和管理功能。 （ 1） 视频分配器 视频分配器除了阻抗匹配，还有视频增益，使视频信号可以同时送给多个输出设备而不受影响。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 32 （ 2） 视频切换器： 切换器的输入端分为 2、 4、 6、 8、 12、 16路，输出端分为单路和双路，而且还可以同步切换音频（视型号而定）。切换器有手动切换、自动切换两种工作方式。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 33 （ 3） 画面分割器 画面分割器有四分割、九分割、十六分割几种，可以在一台监视器上同时显示 4、 9、 16个摄像机的图像，也可以送到录像机上记录。 大部分分割器除了可以同时显示图像外，也可以显示单幅画面，可以叠加时间和字符，设置自动切换，联接报警器材。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 34 （ 4） 录像机 监控系统中最常用的记录设备是民用录像机和长延时录像机，延时录像机可以长时间工作，可以录制 24小时（用普通 VHS 录像带）甚至上百小时的图像。 （ 5） 监视器 监视器是将现场信号重新显示的设备，作为监控系统的输出部分，是整个系统的重要组成，所以正确选择监视器是影响系统整体效果及可靠性的关键环节。其基本参数有：画面尺寸、黑白 /彩色、分辨率等。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 35 （ 6） 矩阵切换器 矩阵切换器是系统的核心部件，其主要功能有： 图像切换：将输入的现场信号切换至输出的监视器上，实现用较少的监视器对多处信号的监视 ； 控制现场：可控制现场摄像机、云台、镜头、辅助触点输出等 ； RS-232通信：可通过 RS-232标准端口与计算机等通讯。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 36 可选的屏幕显示：在信号上叠加日期、时间、视频输入编号、用户定义的视频输入或目标的标题、报警标题等以便监视器显示。 通用巡视及成组切换：系统可设置多个通用巡视多个成组切换。 事件定时器：系统有多个用户定义时间，用以调用通用巡视到输出。 口令和优先等级：系统可设置多个用户编号，每个用户编号有自己的密码，根据用户的优先等级来限制用户使用一定的系统功能。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 37 （ 7） 图像处理器 图像处理器是将多路视频信号合成，以便录像和监视的设备。其基本参数有：输入视频信号路数（根据不同型号可有四、九、十六路等多种规格）、单 /双工、彩色 /黑白、图像效果（像素）、是否带用视频移动报警功能等。 图像处理器包含了多画面处理器的所有功能，从而在大部分情况下代替了多画面处理器。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 38 （ 8） 硬盘录像机（ DVR）： 采用数字方式记录图象信息，将图象信息记录在硬盘、光盘、磁带或其他存储介质上，并具有图象分割、图象处理、云台控制、矩阵控制等等功能的控制系统。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 39 3）视频信号的传输 视频信号的传输与摄像器件的研究是经典电视发展的两个核心 ， 基带信号的传输一直是主要方式 。 高质量的图像传送是电视系统应用的关键。它决定电视应用的范围、领域、方式。 图像传输有多种方式，采用不同的介质、不同的调制方式，要根据应用条件进行选择。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 40 传输介质 传输方式 特 点 适 用 范 围 基带传输 设备简单、经济、可靠、 近距离、加补偿可达 同轴电缆 易受干扰。 2km。 调幅、调频 抗干扰好、可多路、较复杂。 公共天线、电缆电视。 基带传输 平衡传输、抗干扰性强、 近距离、可利用电话线。 双绞线 图像质量差 。 （电话线） 数字编码 传送静止、准实时图像、抗干 报警系统、可视电话。 扰性强、也可传输基带信号。 可利用网线。 基带传输 IM直接调制、图像质量好、 应用电视、特别是大型系 光纤传输 抗电磁干扰好。 统。 PCM 频分多路（ FDM） 干线传输 。 WDM 波分多路、双向传输。 微波、调频 灵活、可靠、易受干扰和 临时性、移动监控。 无 线 建筑遮挡。 微功率 灵活、保密性强。 小范围、临时性监控。 网 络 数字编码 远程传输、系统自主生成、 TCP/IP 可保证基本质。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 41 （ 1）同轴电缆传输 同轴电缆是使用最广泛的视频传输介质，一般用于中短距离的视频信号的传输。同轴电缆的电气特征使得它非常适合传送摄像机到监视器的全视频信号（ cctv视频信号是由分布很广的低频信号和高频信号组成的）。传送低频信号（ 20赫兹到几千赫兹）时可以使用几乎任何种类的导线。在实际应用中，几乎所有导线都可以用作电话线。但要传送频率范围在 20赫兹到 6兆赫之间的视频信号，同时不希望有任何衰减时，就需要使用同轴电缆。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 42 在电视监控系统中采用视频基带传输是最常用的传输方式。 所谓基带传输是指不需经过频率变换等任何处理而直接传送全电视信号的方式。 优点：传输系统简单；在一定距离范围内，失真小；附加噪声低（系统信噪比高）；不必增加诸如调制器、解调器等附加设备。 缺点：传输距离不能太远；一根视频同轴电缆只能传送一路电视信号等。 （ a）基带传输 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 43 由于这种传输方式具有工作稳定可靠及设备简单等优点，因而在实际中获得了广泛的应用。但视频信号频带很宽，并且起始频率又很低，所以在电缆中传输时，其振幅及相位在低频段与高频段的差别就会很大。特别是在相位失真太大时，是难以用简单的电路进行补偿的。由于这个原因使它的传输距离受到了很大的限制。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 44 （ b）同轴电缆的主要干扰及抑制措施： 高频干扰 实际应用的同轴电缆总会有架空的部件，如同天线一样。高频电磁波就会在电缆的长轴方向上产生感生电压，这个感生电压通过信号源的内阻和和中心导体与屏蔽层之间的电容在中心导体上形成干扰电流。高频干扰来自广播、射频设备，是很难抑制的，主要的方法是作好屏蔽：前端设备（摄像机、镜头）的屏蔽，屏蔽物的接地；电缆附加屏蔽的接地；电缆尽可能走管。 高频干扰的频率可以从图像中（网纹）推算出来，由此可找出干扰源，在应用时可避开干扰源、或采用专门的陷波电路，减小干扰的影响。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 45 低频干扰 来源： 1、广播干扰 ； 2、低频干扰 ； 3、 50hz电源干扰。 对于三种较低频率的干扰一旦混入视频电路，被叠加在视频信号上时，要完全消除它是比较困难的。这些干扰从原则上讲是基带传输方式所不能避免的。但只要我们采取适当的措施，仍然可以将以上几种干扰限制在允许的范围内。 克服方法： 1、采用高电平传输； 2、一端接地法、差分放大器、变 压器抑制 50hz电源干扰。 视频监控 系统技术 讲座 浙警院 安防系 46 （ 2）光纤传输 a) 光纤 特点 光纤通信的频带很宽，理论可达 2000GHz.km。 电磁绝缘性能好。安全保密性好。 衰减较小，在较大范围内基本上是一个常数值。 需要增设光中继器的间隔距离较大，因此整个通道中中继器的数目可以减少，降低成本。 重量轻，体积小，适用的