第4章 视频安防监控系统.pdf

第 4 章 视频安防监控系统 1 第 4 章 视频安防监控系统 本章知识要点 1 视频安防监控系统的组成 结构 主要特点 监控形式 2 摄像部分 摄像机 云台 防护罩的分类 性能指标 参数 选择 3 传输部分 传输方式 同轴电缆传输 光纤与双绞线传输 4 控制部分 解码器 视频矩阵主机 报警接口的功能 作用 规模 选型 使用 5 图像处理部分 视频信号分配器 视频切换器 多画面处理器的功能 选型 使用 6 显示部分 监视器 长时间录像机 硬盘录像机分类 作用 特点 使用 视频安防监控系统也称闭路电视监控系统 它是一种利用视频探测技术 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 通常和入侵报警系统和出入口控制系统等实现联动 4 1 系统组成与分类 4 1 1 系统组成 1 视频安防监控系统通常由前端摄像部分 传输分配部分 控制部分 图像处理与显示等组成 如图 4 1 所示 图 4 1 视频安防监控系统组成框图 1 摄像部分为 CCD 摄像机 包括摄像机 镜头 云台 附件等 2 传输分配部分为电源 控制信号和视频信号的传输分配系统 通常有信号分配设备 双绞 线 视频同轴电缆或光缆 信号放大器等 3 控制器是信号的处理设备 如多画面分割器 日期时间生成器 计算机控制等的总称 在 模拟式监控系统中主要是矩阵控制器 数字化系统中是视频服务器 监视器是指系统的图像显示设备 4 记录设备一般为长时间录像机或硬盘录像机 4 1 2 系统分类 视频安防监控系统按其工作方式可分成模拟式和数字式两大类 1 模拟式视频安防监控系统 系统前端采用传统的 CCD 摄像机 包括摄像机 镜头 护罩 支架 云台等 传输线路 控制 主机为矩阵控制器 显示部分采用多画面分割器 监视器 图像的记录则采用长时间录像机设备 如 图 4 2 所示 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 4 章 视频安防监控系统 2 图 4 2 模拟式视频安防监控系统结构 图中 V 为视频信号 C 为控制信号 由前端 CCD 摄像机摄取的图像信息以模拟量的形式通过同轴视频电缆传输 显示和记录的信号 也都是模拟量的形式 作为记录设备的长时间录像机采用 1 2 英寸 VHS 磁带 慢速 间歇式录像 这种记录方式的缺 点是画面质量和记录间隔有限制 录像机的磁头和转动部件需要经常清洗和维修 磁带的更换和保管 麻烦 图像记录的查找极不方便 模拟式视频安防监控系统的特点是显示和记录的图像损失较小 系统价格较低 由于宽带视频信 号在远距离传输时引起的失真增加 噪声增加 信 噪比下降 所以较适于在一定规模的工程中应用 2 数字式视频安防监控系统 数字式视频安防监控系统又可按其信号的传输方式分成一般数字监控系统和网络型视频安防监 控系统 一般数字监控系统是指采用传统的 CCD 摄像机摄取图像信息 图像信息仍通过同轴视频电缆传 输 在视频服务器 数字处理主机 中将模拟信号转换成数字信号 并进行压缩 处理 图像在计算 机的监视器上显示 通常可显示 1 4 6 个画面 图像采用数字硬盘记录 一般数字监控系统较适 于在一定规模的工程中应用 如图 4 3 所示 图 4 3 A 基于 PC 的视频显示 数字录像式 DVR 系统 B 嵌入式计算机的 DVR 系统 网络型视频安防监控系统按其构成方式有两类 一种是传统的 CCD 摄像机加网络服务器 其框 图如图 4 4 所示 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 4 章 视频安防监控系统 3 图 4 4 网络型视频安防监控系统示意图 另一种是采用数字式摄像机 也称网络摄像机 即将摄像机和网络服务器做成一体化产品 其 框图如图 7 5 所示 图 4 5 网络摄像机网络型视频安防监控系统示意图 网络服务器既可将摄取的图像信号 音频信号直接转换成数字信号 并进行图像压缩处理和声音 压缩处理 再经局域网或互联网传输 也可将视频服务器传来的远端控制信号经串口输出 摄像机完 成云台的调整和镜头变焦 网络型视频安防监控系统的主机是视频服务器 它接收来自摄像机的图像和音频信号进行存储 并将这些信息实时多点或单点播送到所有客户机和互联网中的浏览器 视频服务器还接收来自客户机 或浏览器经网络传输的远方控制指令 发往摄像机的网络服务器 并完成图像信号 音频信号在硬盘 里的存储 对视频服务器的要求是配置独立的微机和大容量硬盘 需要时可以做成阵列 网络型视频安防监控系统最大的特点是便于远端浏览图像 远端对摄像机进行监控 网络型视频 安防监控系统适于在规模较大的工程 城市等有远程使用要求的场合 如银行系统对 ATM 自助银 行及金库的远端监控 城市交通管理系统的远端监控 电力系统的无人值守变电站 电信系统的无人 值守机房等的远程监控等 在数字式视频系统中监控主机也有两大类 一类是采用专用硬件 嵌人式或 DSP 实现的数字式 视频安防监控系统 另一类是采用基于微机技术 商用机或工控机 实现的数字式视频安防监控系统 数字式视频安防监控系统中的图像信息一般都采用压缩方式传输 存储和记录 常用的格式标准 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 4 章 视频安防监控系统 4 有 JPEG MPEG1 MPEG2 MPEG4 等 不同格式的压缩比不一样 图像的损失也不同 数字硬盘记录最大的优点是图像记录的清晰度较高 回放 查找 检索非常方便 也便于保存 在具体使用中经常有两类设备配合应用的实例 如采用模拟式监控系统的主机和显示设备 采用数字 硬盘作为图像信息的记录 4 2 摄像部分 摄像部分的作用是把系统所监视的目标 送入系统的传输分配部分进行传送 摄像部分的核心是 电视摄像机 它是光电信号转换的主体设备 是整个系统的眼睛 摄像机的种类很多 不同的系统可 以根据不同的使用目的选择不同的摄像机 镜头 滤色片等 4 2 1 摄像机 视频安防监控系统常用的摄像机种类繁多 型号规格各异 从所采用的器件可分成 CCD 器件和 CMOS 器件摄像机 从色彩可分成黑白摄像机和彩色摄像机 从工作制式可分成模拟式和全数字式摄 像机 从信号的传输形式可分成有线传输和无线传输摄像机 从结构形式可分成枪式 云台 半球 球机 一体化摄像机 将云台 变焦镜头和摄像机封装在一起 等形式 即使是球机也有不同外形的 护罩 还有按摄像机的分辨率区分的 按摄像机工作的照度区分的等等 图 4 6 视频安防监控摄像机及附件 一般黑白摄像机要比彩色摄像机的分辨率高 适用于光线不足 照度较低的场合 如果使用的目 的只是监视被摄像物体的位置和移动 一般常采用黑白摄像机 如果要分辨被摄像物体的细节 如分 辨服饰和物体的颜色 则应选用彩色摄像机 对摄像机成像质量的要求主要有像素数 清晰度 层次 图像失真程度等几个方面 摄像机的主要性能指标有以下几个方面 1 清晰度 一般为水平清晰度 视频安防监控系统使用的摄像机 要求彩色摄像机水平清晰 度在 300 线以上 黑白摄像机在 350 线以上 这样的指标可满足一般视频安防监控系统的要求 2 照度 照度是衡量摄像机在什么光照强度下 可以输出正常图像信号的一个指标 3 信噪比 S N 这也是摄像机的一个重要技术指标 信噪比的定义是 摄像机的图像信号 与它的噪声信号之比 视频安防监控中使用的摄像机 一般要求其信噪比高于 46dB 4 2 2 镜头 1 镜头的分类 摄像机镜头按照其功能和操作方法可分为常用镜头和特殊镜头两大类 常用镜头又分为定焦距 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 4 章 视频安防监控系统 5 固定 镜头和变焦距镜头两种 特殊镜头是根据特殊的环境或用途专门设计的镜头 镜头的光圈分 电动和自动两种 自动光圈的镜头适于光照度经常变化的场所 1 定焦距镜头 焦距是固定的 手动聚焦 常用于监视固定场所 2 变焦距镜头 焦距是可调的 以电动或手动调焦聚焦 可对所监视场所的视场角及目的物 进行变焦距摄取图像 适合远距离观察和摄取目标 常用于监视移动物体 3 广角镜头 又称大视角镜头或短焦距镜头 安这种镜头的摄像机可以摄取广阔的视野 4 针孔镜头 细长的圆管形镜筒 端部是直径几毫米的小孔 多用在隐蔽监视的环境 2 镜头特性参数 镜头的特性参数很多 主要有焦距 光圈 视场角 镜头安装接口 景深等 所有的镜头都是 按照焦距和光圈来确定的 这两项参数不仅决定了镜头的聚光能力和放大倍数 而且决定了它的外形 尺寸 3 镜头的选择 合适镜头的选择决定于 再现景物的图像尺寸 摄像机与被摄体间的距离 景物的亮度 1 成像尺寸 h w 的选择 镜头的成像尺寸必须与摄像机靶面最佳尺寸一致 摄像管靶面 越大 即摄像机所能摄取的光图像越大 则被摄体最终摄取光图像的像素增加 其各项指标如清晰度 图像特性等指标也将大大提高 但摄像机的体积也将相应增大 2 镜头焦距的选择 对于相同的成像尺寸 不同焦距长度的镜头的视场角也不同 焦距越短 视场角越大 根据视场角的大小可以划分为 5 种焦距的镜头 长角镜头视场角小于 45 标准镜头 视场角为 45 50 广角镜头视场角在 50 以上 超广角镜头视场角可接近 180 鱼眼镜头视 场角大于 180 长焦距镜头可以得到较大的目标图像 适合于展现近景和特写画面 而短焦距镜头适合于展现全 景和远景画面 如果所选择的镜头的视场角太小 可能会因出现监视死角而漏监 而若所选择的镜头 的视场角太大 又可能造成被监视的主体画面尺寸太小 难以辨认 且画面边缘出现畸变 因此 只 有根据具体的应用环境选择视场角合适的镜头 才能保证既不出现监视死角 又能使被监视的主体画 画尽可能大而清晰 常用的镜头种类也很多 通常可分定焦镜头和光圈变焦镜头两大类 定焦镜头又分为标准镜头和 广角镜头 光圈变焦镜头有手动光圈镜头 适用于所监视环境照度变化不大的场所 和自动光圈镜头 适用于所监视环境照度变化大的场所 此外还有标准镜头 监视的角度和距离适中 和广角镜头 适用于所监视环境的角度较宽 距离较近 之分 变焦镜头又有多种倍数 对镜头的要求是成像清 晰 透光力强 杂散光少 图像畸变小等 4 2 3 护罩 护罩用于对摄像机的保护 分室内和室外两大类 室内护罩主要起隐蔽和防护作用 室内型防护罩的要求比较简单 其主要功能是保护摄像机 能防尘 能通风 有防盗 防破坏功 能 有时也考虑隐蔽作用 不易察觉 常用带有装饰性的隐蔽防护外罩 室外型比室内型要求高 主要功能有防尘 防晒 防雨 防冻 防结露和防雪 能通风 一般有 控制开关 温度高时开风扇冷却 低时自动加热 下雨时可以控制雨刷器刷雨 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 4 章 视频安防监控系统 6 特殊类型可以分为摄像机强制风冷型 水冷型 防爆型 特殊射线防护型等 4 2 4 云台 1 云台的分类 云台用于安装和固定摄像机 分固定和电动云台两大类 1 固定云台一般由螺栓固定在支撑物上 摄像机在固定云台上将水平和俯仰的角度调整好后 加以锁定 摄像机方向的调节有一定的范围 调整方向时可松开方向调节螺栓进行调节 2 电动云台内装两个电动机 一个负责水平方向的转动 另一个负责垂直方向的转动 承载 摄像机进行水平和垂直两个方向的转动 既能左右旋转 又能上下旋转称全方位云台 电动云台一般 有两个自由度 水平旋转 一般为 0 350 和俯仰 一般为 90 电动云台的转动有恒速 中 速和快速等 一体化球机则是将云台 变焦镜头和摄像机封装在一起 分一般球机和快速球机 后者 的水平旋转速度和垂直旋转速度可分别高达 200 s 和 30 s 以上 在监控中心的主机上可预置云台摄像机的监视点和巡视路径 平时按设定的路线自动扫描巡视 一旦发生报警 就可控制云台的旋转和俯仰角度 使摄像机迅速对准报警点 进行定点监视和录像 也可在监控中心值班员的直接操纵下跟踪监视对象 2 云台的指标 1 回转范围 分水平旋转角度和垂直旋转角度两个指标 水平旋转角度决定了云台的水平回 旋范围 一般为 0 350 垂直转动则有 35 45 75 等 2 承重 云台的最大承载能力是指云台能承受的重力 3 控制方式 一般电动云台有 5 根控制线 1 根为公共端 4 根分为上 下 左 右控制 4 旋转速度 在对目标进行跟踪时 对云台的旋转速度有一定的要求 4 3 系统控制与图像处理 控制部分的作用是在中心机房通过有关设备对系统的现场设备进行远距离遥控 包括控制器与相 应的解码器 云台控制器 视频切换器等设备 完成电源的接通 关断 光圈大小 远距离 近距离 广角 变焦 水平旋转 垂直俯仰等遥控工作 图像处理是指对系统传输的图像信号进行切换 记录 重放 加工和复制等功能 包括视频切换 器 画面分割等图像处理设备 完成使一个监视器能监视多台摄像机信号 在输出的视频信号上添加 字符 时间等工作 图 4 7 视频处理 切换 存储 播放设备 4 3 1 解码器 解码器完成对摄像机镜头 全方位云台的总线控制 变焦镜头通常有光圈 聚焦 变焦 3 个直流 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 4 章 视频安防监控系统 7 电动机 可以正反向旋转 共有 4 根控制线 电动云台通常有水平旋转和俯仰两个交流电动机 也可 以进行正反向旋转 两个电动机的公共端接在一起 共有 5 根控制线 当摄像机与控制台距离比较近时 可用直接控制方式来操作摄像机 一共要 9 根控制线 再加上 电源控制 雨刷控制就须用 13 芯电缆 只适于近距离使用 一般不超过 l00m 当摄像机与控制台之间的距离超过 l00m 时 则采用总线编码方式来操作摄像机 一个摄像机的 电动云台和镜头配备一个解码器 解码器主要是将控制器送来的串行数据控制代码转换成控制电压 从而能正确自如地操作摄像机的电动云台和镜头 用此方式 控制电缆可由 13 芯改为 2 芯 电动机 的驱动电源就地供给 避免了电动机驱动电源长途传送时的能量损失 4 3 2 视频矩阵主机 1 视频矩阵切换主机的主要作用 视频矩阵主机是视频安防监控系统中的核心设备 视频矩阵控制器可将前端摄像机的视频信号 按一定的时序分配给特定的监视器进行显示 显示图像可以固定显示某一场景 也可按程序设定的时 间间隔对一组摄像机的信号逐个切换显示 当接到报警信号或其他联动信号时 可按程序设定固定显 示报警点场景 在视频矩阵主机的控制下 监视器能够显示任意多的图像信号 单个摄像机摄取的图像可同时送 到多台监视器上显示 也可通过主机发出的串行控制数据代码 去控制云台 摄像机镜头等现场设备 对系统内各设备的控制均是从这里发出和控制的 视频矩阵主机的功能主要有 视频分配放大 视频 切换 时间地址符号发生 专用电源等 有的视频矩阵主机 采用多媒体计算机作为主体控制设备 视频安防监控系统的控制器因其工作方式的不同而有较大的差别 在模拟式视频安防监控系统中 的控制器通常称视频矩阵控制器 在数字式视频安防监控系统中的控制器可以是普通微机 工控机或 嵌入式微机等 2 视频矩阵切换主机的规模 小规模矩阵切换主机亦可称为固定容量矩阵切换主机 其矩阵规模已经固定 在以后的使用中不 能随意扩展 其特点是产品体积较小 成本低廉 大规模矩阵切换主机也称为可变容量矩阵切换主机 在使用中 用户根据不同时期的需要可随意 扩展 其特点是产品体积较大 成本相对较贵 系统扩展非常方便 3 报警接口 有的视频矩阵主机还带有报警输入接口 可以接收报警探测器发出的报警信号 并通过报警输出 接口去控制相关设备可同时处理多路控制指令 供多个使用者同时使用系统 报警接口可以接入报警 探头 并将报警信号通过 RS 485 通信线回传给系统主机 当主机扫描到报警探头发生了报警时 联 动该现场图像的切换 显示在监视器上 同时将报警信号送到其他外设 由系统主机完成报警场面的 调看 并控制外部设备 如录像机的录像 灯光打开 响警号等 4 系统主机的工作过程 系统运行时 系统主机中微处理器通过扫描通信端口检查是否有从控制面板 主控键盘 副控键 盘 报警接口箱 多媒体计算机传来的控制指令 还会扫描主机本身报警接口板是否有报警输出 当 控制面板或控制键盘上有键被按下时 微处理器可正确判断该按键的功能含义 并向相应控制电路发 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 4 章 视频安防监控系统 8 出控制指令信号 例如 向视频矩阵切换器中的多路模拟开关芯片发出 8 4 2 1 选通码使其选通指定 通道摄像机的视频信号输入 同时在该路视频信号上叠加字符 然后将该路输入信号在指定的输出口 输出 显示 如系统主机同时含有内置 或外挂 音频矩阵切换器 则同样的控制码还可将选定摄像机外所对 应的监听头的声音信号一并选定 并送到与上述视频输出通道编号相同种音频矩阵输出端口 使视频 信号与音频信号同步切换 如果控制键盘发出的是对于前端设备的控制指令 含有地址码信息 则该指令经编码后通过双 绞线传送到远端指定地址的解码器 解码器经过通信接口芯片收到系统主机传来的控制指令后对其进 行解码 解出主控器的命令 使解码器内的相应继电器吸合 输出相应的控制信号 电压量或开关量 来指定的外接设备 使其做出与主控端指令相符合的动作 这些受控的外接设备包括云台 电动三可 变镜头 室外防护罩的雨刷器及除霜器 摄像机的电源 红外灯或其他可控制设备 报警接口器 多媒体计算机将报警信号控制指令通过 RS 485 通信线回传到系统主机 因此系统 主机在扫描通信端口时不仅要判断是否有分控键盘的控制指令 还要判断是否有报警接口箱送来的报 警信息 如有则联动该现场图像的切换 并把报警信息传送给多媒体计算机 在数字式视频安防监控系统中控制主机的功能是将摄像机获取的视频信号进行数字化处理 包括 将模拟信号转换成数字信号 对数字信号的压缩 处理 并以 VGA 的格式在微机的显示器上显示监 控的画面 在同一画面上可显示单个画面 或 4 9 16 个甚至更多的画面 并将图像数据送硬盘记 录 在图像记录时 可借助数字信号处理的特点 对被监视场景的图像与背景图像进行分析比较 在 有差异时才进行记录 即所谓 动则录 可大大节省磁盘空间 4 3 3 视频信号分配器与视频切换器 视频信号分配 即将一路视频信号 或附加音频 分成多路信号 也就是说它可将一台摄像机送 出的视频信号供给多台监视器或其他终端设备使用 当一路视频信号送到相距较远的多个监视器时 一般应使用视频分配器 分配出多路幅度为 1V 峰值 阻抗是 75 的视频信号接到多个监视器 各个 监视器的输入阻抗开关均拨到 75 上 视频分配器除了有信号分配功能外 还兼有电压放大功能 视频切换 为了使一个监视器能监视多台摄像机信号 需要采用视频切换器 切换器除了具有扩 大监视范围 节省监视器的作用外 有时还可用来产生特技效果 如图像混合 分割画面 特技图案 叠加字幕等处理 视频切换器相当于选择开关的作用 采用电子开关形式 好处是干扰较少 可靠性强 切换速度 快 目前 许多系统都有一种自动顺序切换器 又称时序切换器 4 3 4 多画面处理器 多画面处理器又称多画面分割器 在多个摄像机的电视监控系统中 为了节省监视器和图像记录 设备往往采用多画面处理设备 将多路视频信号合成为一路信号输出到一台监视器显示 使多路图像 同时显示在一台监视器上 常用处理方式有 4 画面 9 画面及 16 画面 采用多画面分割器还可以用 一台图像记录设备 例如录像机 硬盘录像机 同时录制多路视频信号 是电视监控系统中的常用设 备 多画面处理器有单工 双工和全双工类型之分 多画面处理器具有较强时基校正功能 因而不需要原来惯用的同步信号发生器来规范摄像机图形 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 4 章 视频安防监控系统 9 信号的切换 使各摄像机同步 及其他一些有同步要求的图像处理功能 这既简化了系统的构成 又 使各信号在快速切换时是在同步状态下进行的 4 4 图像显示与记录 图像显示部分的主要作用是完成图像实时监视 图像存储 图像重放等工作 包括各种显示器 各种录像机等设备 随着计算机技术的发展 图像处理 控制和记录多由计算机完成 计算机的硬盘 代替了录像机 完成对图像的记录 图 4 8 图像显示与控制设备 4 4 1 监视器 监视器是视频监控系统的终端显示设备 整个系统的运行效果都要由监视器来体现 监视器与摄像机数量的比例为 1 2 l 5 监视器的主要性能是视频通道频响 水平分辨率 灰度等级和屏幕大小等 通频带 通带宽度 是衡量监视器信号通道频率特性的技术指标 通常要求监视器的通频带应不 小于 6MHz 业务级规定频响为 8MHz 高清晰度监视器频响在 l0MHz 以上 监视器分黑白和彩色两类 又有一般分辨率和高分辨率之分 分辨率 清晰度 表征了监视器重 现图像细节的能力 监视器水平清晰度最低要求 黑白 400 线 彩色 330 线 业务级规定不小于 600 线 高清晰度监视器大于 800 线 灰度等级是衡量监视器能分辨亮暗层次的技术指标 最高为 9 级 一般要求不小于 8 级 常用的监视器规格有 14 21 和 29 也有选用彩色电视机作为图像监视器 4 4 2 记录设备 系统监控图像的记录设备有两类 一是长时间磁带录像机 一是数字硬盘录像机 长时间磁带录 像机记录的介质是磁带 用于模拟式电视监控系统 数字硬盘录像机记录的介质是数字硬盘 它是数 字式电视监控系统的图像记录设备 由于数字硬盘记录的图像可边录边放 存贮时间长 长期使用画 质保持不变 又无需每天进行管理操作 既便于保管 也便于检索 查找等特点 常常被用于模拟式 电视监控系统的图像记录 1 长时间录像机 长时间录像机 也称为长延时录像机 这种录像机的主要功能和特点是可以用一盘 180min 的普 通录像带 录制长达 12 24 48h 甚至更长时间的图像内容 这种功能和特点 减少图像记录所需录像 带的数量 节省了重放时的观看时间 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 4 章 视频安防监控系统 10 2 硬盘录像机 以视频矩阵 画面处理器 长时间录像机 为代表的模拟视频监控系统 采用录像带作为存储介 质 以手动和自动相结合的方式实现现场监控 这种传统方法常有回放图像质量不能令人满意 远距 离传输质量下降多 检索不易 不便操作管理 影像不能进行处理等缺陷 硬盘录像机用计算机取代了原来模拟式闭路监视系统的视频矩阵主机 画面处理器 长时间录像 机等多种设备 硬盘录像机把模拟的图像转化成数字信号 因此也称数字录像机 它以 MPEG 图像 压缩技术实时地储存于计算机硬盘中 存储容量大 安全可靠 检索图像方便快速 可以通过扩展增 加硬盘 增大系统存储容量 可以连续录像几十天以上 数字录像机可存储报警信号前后的画面 系统可以自动识别每帧图像的差别 利用这一点可以实 现自动报警功能 在被监视的画面之中设立自动报警区域 例如房间的某一区域 窗户 门等 当 自动报警区域的画面发生变化时 如有人进入自动报警区域 数字监控录像机自动报警 拨通预先 设置的电话号码 报警的时间将自动记录下来 报警区域的图像被自动保存到硬盘中 4 5 传输部分 传输部分的作用是将摄像机输出的视频 有时包括音频 信号馈送到中心机房或其他监视点 控 制中心的控制信号同样通过传输部分送到现场 以控制现场的云台和摄像机工作 包括馈线 视频电 缆补偿器 视频放大器等设备 完成视频信号和控制信号的传递工作 传输线路包括视频信号 控制信号和电源的传输 视频信号传输常用同轴电缆 光纤 控制信号 传输采用双绞线 电源线也采用双绞线 传输的方式可分直接控制 通信编码和调制传输等方式 直 接控制是将控制信号和电源直接传输到摄像机 特点是控制线缆数量多 通信编码控制为将控制信号 编制成并行码或串行码传输 传输线缆较少 或只需一条 调制传输是指将控制信号调制到同轴电缆 和视频信号一起传输 除同轴电缆外无需另敷线缆 图 4 9 视频传输设备 4 5 1 同轴电缆传输 绝大多数视频监控系统都采用同轴电缆来传送视频信号 有基带传输方式和调制传输方式两种 调制传输方式就是将视频基带信号用调制器调制到某一高频载波上通过电缆传输 在监视端再解调成 视频信号 这种方式可以达到频分复用的目的 实现用一条电缆传送多路视频信号的功能 一般闭路电视信号传输距离在 500m 以内可以不考虑衰减的影响 大于 500m 时通常就应加装电 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 4 章 视频安防监控系统 11 缆补偿器了 电缆补偿器就是均衡器加放大器 它对电缆中信号的高低频成分进行均衡 同时将其放 大 它的补偿量可根据电缆长度不同进行调整 并且有分档变换和连续调节以及二者相结合 3 种型式 通常加入一级电缆补偿器可使传输距离增加 500m 但加的级数不能太多 一般不能超过 5 级 4 5 2 光纤传输 因为光纤的损耗很小 所以不加中继器的传输距离一般都有几千米到十几千米 若加中继器则可 达到几十千米至数百千米 因此光纤传输方式最适合传输距离远的大型视频监控系统 例如城市交通 管理系统 高速公路 铁路的监视系统以及大型智能建筑内的监视系统等 光纤传输时 需在摄像端 加装一台光发送机 把电信号变换为光信号 在监视端再接一台光接收机 把光信号变换为电信号 4 5 3 双绞线传输 因为双绞线是平衡传输线 其特性阻抗为 100 或 120 而摄像机和监视器是不平衡阻抗为 75 用双绞线传输视频信号时 在摄像端和监视端需加接一个变换器 进行不平衡 平衡变换 不加 中继器双绞线的最大传输距离在 900m 加中继器可达到几千米至十几千米 4 6 视频监控系统的性能与特点 4 6 1 视频监控系统的主要性能与功能 1 视频监控系统的性能主要表现在两个方面 一是实时性 即监控电视设备可以及时摄取现场 景物的图像 并能立即传送到控制室 二是灵敏度 采用微光电视设备时 可在阴暗的夜间或星光条 件下 拍摄到清晰的画面 2 系统监控功能主要是指电视监控系统中监控主机的功能 监控主机的形式随视频监控系统的 工作方式而不同 1 模拟式监控系统 即传统的视频监控系统 采用矩阵控制器作为主机 模拟式监控系统的监控功能包括系统的监控范围 现场设备的完好率及接入率 监控主机的切换 控制 编程 巡检 记录等功能 2 数字式电视监控系统 对数字式电视监控系统的监控功能包括系统的监控范围 现场设备的完好率及接入率 还应检查 图像显示和记录速度 图像质量 对前端设备的控制功能 对网络型数字电视监控系统还包括通信接口功能 远端联网 图像传输 监控命令的传输 功能 等 4 6 2 视频监控系统的主要特点 1 将非可见光信息转为可见图像 摄取红外线 紫外线和 X 射线等 并转为可见光图像 2 便于隐蔽和遥控 使用小型摄像机 便于隐蔽和安装 并能远距离监视及进行录像 3 与云台配合使用可扩大监视范围 在此范围内的空间安装多部摄像机 组成多层次 立体化 监视 使监视范围不出现死角 4 可实现联动报警 1 火灾自动报警及消防联动系统报警时 要求视频安防监控系统将火警现场附近的监控摄像 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 4 章 视频安防监控系统 12 机对准火警现场 将该画面调到主监视器监视 并进行录像 2 入侵报警系统报警时要求电视监控系统将报警现场附近的摄像机对准报警现场 将该画面 调到主监视器监视 并进行录像 随着入侵者的运动 可人工控制切换摄像机进行跟踪 3 当出入口控制系统发生非法入侵报警时 要求电视监控系统将报警现场附近的摄像机对准 报警现场 将该画面调到主监视器监视 并进行录像 随着入侵者的运动 可人工控制切换摄像机进 行跟踪 4 6 3 系统图像质量 1 系统图像质量取决于摄像机的分辨率 镜头 环境照度 以及摄像机和传输线路附近有无电 磁干扰等 与监视器的质量也有关 2 传输线路如规格和传输距离在规定范围内 一般不会对图像质量有明显影响 如采用的传输 线路线径太小 或传输距离超过规定 则将引起图像信号衰减而影响图像的清晰度 3 系统图像质量特别是动态图像还与系统的工作方式有关 在采用数字式电视监控系统时 系 统的动态图像质量将取决于图像记录的速度 帧 秒 和图像的压缩方式 4 7 系统设计 4 7 1 系统设计内容与构成模式 1 设计内容 视频安防监控系统包括前端设备 传输设备 处理 控制设备和记录 显示设备四部分 依据 民 用闭路监视电视系统工程技术规范 GB50198 的规定 系统设计内容分为一般规定 摄像部分 传输部分 监控室 供电接地与安全防护等几个方面 2 系统构成模式 根据对视频图像信号处理 控制方式的不同 视频安防监控系统结构宜分为以下模式 1 简单对应模式 监视器和摄像机简单对应 图 4 10 图 4 10 简单对应模式 2 时序切换模式 视频输出中至少有一路可进行视频图像的时序切换 图 4 11 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 4 章 视频安防监控系统 13 图 4 11 时序切换模式 3 矩阵切换模式 可以通过任一控制键盘 将任意一路前端视频输入信号切换到任意一路输 出的监视器上 并可编制各种时序切换程序 图 4 12 图 4 12 矩阵切换模式 4 数字视频网络虚拟交换 切换模式 模拟摄像机增加数字编码功能 被称作网络摄像机 数 字视频前端也可以是别的数字摄像机 数字交换传输网络可以是以太网和 DDN SDH 等传输网络 数字编码设备可采用具有记录功能的 DVR 或视频服务器数字视频的处理 控制和记录措施可以在前 端 传输和显示的任何环节实施 图 4 13 图 4 13 数字视频网络虚拟交换 切换模式 4 7 2 一般规定 一般规定要求有七个基本方面 1 视频监控系统的制式应与通用的电视制式一致 符合国内的实际情况 做到经济实用 维护 方便 2 视频监控系统显示可用黑白电视系统 彩色电视系统 特殊环境下采用彩色电视系统效果较 好 电视监视的目的是了解监视目标的形体变化 要求适应范围大 可靠性高 售价低 维修容易 对温度 湿度要求低 3 系统应由摄像 传输 显示及控制等四个主要部分组成 在监视目标的同时 当需要记录监 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 4 章 视频安防监控系统 14 视目标的图像时 应设置录像装置 磁带 硬盘 当需要监听声音时 可配置声音传输 监听和记 录系统 系统注意四种不同的状态 1 连续监视一个固定目标时 应选择摄像机 传输线缆 监视器组成系统 2 集中监视多个分散目标时 应选择摄像机 传输线缆 切换控制器 监视器组成系统 3 在多处监视同一个固定目标时 应选择摄像机 传输线缆 视频分配器 监视器组成系统 4 在多处监视多个目标时 应选择摄像机 传输线缆 切割控制器 视频分配器 监视器组成 系统 表 4 1 视频安防监控系统的一般组成形式 表 4 2 视频安防监控系统的控制类型 4 系统设施的工作环境温度应符合下列要求 1 寒冷地区室外工作的设施 40 35 2 其他地区室外工作的设施 10 55 3 室内工作的设施 5 40 5 系统的设备 部件 材料的选择应符合下列规定 1 应采用符合现行的国家和行业有关标准的定型产品 2 系统采用设备和部件的视频输入和输出阻抗 以及电缆的特性阻抗均应为 75 音频设备的 输入 输出阻抗应为高阻抗或 600 3 系统选用的各种配套设备的性能及技术要求应协调一致 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 4 章 视频安防监控系统 15 6 图像质量评定 1 图像质量可按五级损伤制评定 图像质量不应低于 4 分 表 4 3 监控系统的图像质量等级 图像等级 图像损伤主观评价的程度 5 不察觉 4 可察觉 但不令人讨厌 3 有明显察觉 令人感到讨厌 2 较严重 令人相当讨厌 1 极严重 不能观看 2 相对应 4 分图像质量的信噪比应符合表 4 4 的规定 表 4 4 信噪比 dB 指标项目 黑白电视系统 彩色电视系统 随机信噪比 37 36 单频干扰 40 37 电源干扰 40 37 脉冲干扰 37 3l 3 图像水平清晰度黑白电视系统不应低于 400 线 彩色电视系统不应低于 270 线 4 图像画面的灰度不应低于 8 级 5 系统的各路视频信号 在监视器输入端的电平值应为 1V 3dB VBS VBS 为图像信号 消隐脉冲和同步脉冲组成的全电视信号的英文缩写代号 6 系统各部分信噪比指标分配符合表 4 5 的规定 表 4 5 系统各部分信噪比指标分配 dB 项 目 摄像部分 传输部分 显示部分 连续随机信噪比 40 50 45 7 系统在低照度使用时 监视画面应达到可用图像 其系统信噪比不得低于 25dB 8 可用图像是指在监视低照度画面时 能够辨认画面物体轮廓的图像 电视监控系统的图像质量是参照广播电视系统的五级评分制来评定的 一般要求系统的图像质量为 4 分以上 对图像的清晰度 灰度指标 在测试过程中可分别进行观察 允许调节监视器的对比度和亮度 7 系统的设计方案应根据下列因素确定 1 根据系统的技术和功能要求 确定系统组成及设备配置 2 根据建筑平面或实地勘察 确定摄像机和其他设备的设置地点 3 根据监视目标和环境的条件 确定摄像机类型及防护措施 4 根据摄像机分布及环境条件 确定传输电 光 缆的线路路由 4 7 3 摄像部分 摄像部分考虑的问题有八个方面 具体如下 1 应根据监视目标的照度选择不同灵敏度的摄像机 监视目标的最低环境照度应高于摄像机最 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 4 章 视频安防监控系统 16 低照度的 10 倍 监视目标的照度要求与摄像机的灵敏度密切相关 通常闭路监视电视系统是由被监视场所监视时 刻的自然光照明 一般画面的典型照度见表 4 6 表 4 6 一般画面的典型照度 照度 Lx 3 104 105 3 103 104 5 102 5 3 10 2 3 10 1 7 10 4 3 10 3 2 10 5 2 10 4 光线举例 晴天 阴天 日出 日落 曙光 月圆 星光 阴暗夜间 处在室外的监视目标 其亮度一般从黑夜最低的 10Lx 到晴天中午的 3 104 10 105Lx 变化幅度相 当大 可采用自动光圈可调镜头 确保监视的效果 2 摄像机镜头的选择应符合下列规定 1 镜头的焦距应根据视场大小和镜头与监视目标的距离确定 并按下式计算 H AL F 式中 F 焦距 mm A 像场高 mm L 物距 mm H 视场高 mm 摄取固定监视目标时 可选用定焦距镜头 当视距较小而视角较大时 可选用广角镜头 当视距 较大时 可选用望远镜头 当需要改变监视目标的观察视角或视角范围较大时 宜选用变焦距镜头 2 除硫化锑摄像管外 当监视目标照度有变化时 均应采用光圈可调镜头 3 当需要遥控时 可选用具有光对焦 光圈开度 变焦距的遥控镜头装置 同时应当考虑处在室外的监视目标 其亮度一般从黑夜最低的 10Lx 开始 3 摄像机可选用体积小 重量轻 便于现场安装与检修的电荷耦合器件 CCD 型摄像机 它 具有寿命长 体积小 重量轻 不受磁场干扰 抗震动 像延迟小 灵敏度高等特点 4 根据工作环境应选配相应的摄像机防护罩 防护罩可根据需要设置调温控制系统和遥控雨刷 等 达到防高温 防低湿 防雨 防尘等目的 摄像机是通过防护罩来防高温 防低温 防雨 防雪 防沙尘的 在温差大 需要防雨 防尘的露天环境中工作时 防护罩应能避免日光直射 刮去玻璃窗 上的水珠 防止玻璃窗上结露 低温环境下可对摄像机加热等 防护罩的品种繁多 要根据其适用场 所 密封性能 结构强度 复合功能来选择 5 固定摄像机在特定部位上的支承装置 可采用摄像机托架或云台 当一台摄像机需要监视多 个不同方向的场景时 应配置自动调焦装置和遥控电动云台 目前 云台有三大类产品 水平云台 全方位云台 球型云台 使用云台的目的是 可扩大摄像机的视域 应根据不同的使用环境 选择 合适的云台 6 摄像机需要隐蔽时 可设置在天花板或墙壁内 镜头可采用针孔或棱镜镜头 对防盗用的系 统 可装设附加的外部传感器与系统组合 进行联动报警 7 监视水下目标的系统设备 应采用高灵敏度摄像管和密闭耐压 防水防护套 以及渗水报警 装置 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 4 章 视频安防监控系统 17 8 摄像机的设置位置 摄像方向及照明条件应符合下列规定 1 摄像机宜安装在监视目标附近不易受外界损伤的地方 安装位置不应影响现场设备运行和人 员正常活动 安装的高度 室内宜距地面 2 5 5m 室外宜距地面 3 5 10m 并不得低于 3 5m 2 电梯厢内的摄像机应安装在电梯厢顶部 电梯操作器的对角处 并应能监视电梯厢内全景 3 摄像机镜头应避免强光直射 保证摄像管靶面不受损伤 镜头视场内 不得有遮挡监视目标 的物体 4 摄像机镜头应从光源方向对准监视目标 并应避免逆光安装 当需要逆光安装时 应降低监 视区域的对比度 5 常用的镜头可参考表 4 7 的内容 这些数值是工程检验值 表 4 7 镜头的角度数与焦距 距离的关系 角度数 焦距 mm 距离 m 精确距离 m 95 2 8 10 4 6 70 4 0 15 8 10 48 6 0 20 10 12 36 8 0 24 12 14 25 12 0 27 14 20 17 16 0 30 20 对于摄像方向及照明条件 应严格遵守 因为电视再现图像时 其对比度所能显示的范围仅为 30 1 40 1 当摄像机的视野内明暗差别较大时 就会出现应看见的暗部却看不见 影响整个系统 的效果 4 7 4 传输部分 传输部分考虑的问题有 10 个方面 具体如下 1 系统的图像信号传输方式 宜符合下列规定 1 传输距离较近 可采用同轴电缆传输视频基带信号的视频传输方式 当传输的黑白电视基带信号 在 5MHz 点的不平坦度大于 3dB 时 宜加电缆均衡器 当大于 6dB 时 应加电缆均衡放大器 当传输的彩色电视基带信号 在 5 5MHz 点的不平坦度大于 3dB 时 宜 加电缆均衡器 当大于 6dB 时 应加电缆均衡放大器 2 传输距离较远 监视点分布范围广 或需进人电缆电视网时 宜采用同轴电缆传输射频调制 信号的射频传输方式 3 长距离传输或需避免强电磁场干扰的传输 宜采用传输光调制信号的光缆传输方式 当有防 雷要求时 应采用无金属光缆 符合国家标准 工业电视系统工程设计规范 的有关条款 2 系统的控制信号可采用多芯线直接传输或将遥控信号进行数字编码用电 光 缆进行传输 3 传输电 光缆的选择应满足下列要求 1 同轴电缆在满足衰减 屏蔽 弯曲 防潮性能的要求下 宜选用线径较细的同轴电缆 2 光缆的选择应满足衰减 带宽 温度特性 物理特性 防潮等要求 4 光缆外护层的选择应符合下列规定 1 当光缆采用管道 架空敷设时 宜采用铝 聚乙烯粘结护层 大 中城市应咨询当地市容部门 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 4 章 视频安防监控系统 18 是否允许架空 架空线净空高度应符合有关规范要求 2 当光缆采用直埋时 宜采用充油膏铝塑粘结加销装聚乙烯外护套 3 当光缆在室内敷设时 宜采用聚氯乙烯外护套或其他的塑料阻燃护套 当采用聚乙烯护套时 应采取有效的防火措施 4 当光缆在水下敷设时 应采用铝塑粘结 或铝套 铅套 钢套 钢丝铠装聚乙烯外护套 5 无金属的光缆线路 应采用聚乙烯外护套或纤维增强塑料护层 光缆的选择应符合原邮电部 市内电视网光纤数字传输系统工程设计暂行规定 的要求 5 解码箱 光部件在室外使用时 应具有良好的密闭防水结构 光缆接头应设接头护套 并应 采取防水 防潮 防腐蚀措施 6 传输线路路由设计 应满足下列要求 1 路由应短捷 安全可靠 施工维护方便 2 应避开恶劣环境条件或易使管线损伤的地段 3 与其他管线等障碍物不宜交叉跨越 7 室外传输线路的敷设 应符合下列要求 1 当采用通信管道 含隧道 槽道 敷设时 不宜与通信电缆共管孔 应符合建设部 建筑电 缆电气设计规程 2 当电缆与其他线路共沟 隧道 敷设时 其最小间距应符合表 7 7 的规定 表 4 8 电缆与其他线路共沟 隧道 的最小间距 种 类 最小间距 m 220V 交流供电线 0 5 通信电缆 0 1 3 当采用架空电缆与其他线路共杆架设时 其两线间最小垂直间距应符合表 4 9 的规定 具体 可参见国家标准 工业企业通信设计规范 表 4 9 电缆与其他线路共杆架设的最小垂直间距 种 类 最小垂直间距 m 1 10kV 电力线 2 5 1kV 以下电力线 1 5 广播线 1 0 通信线 0 6 4 线路在城市郊区 乡村敷设时 可采用直埋敷设方式 5 当线路敷设经过建筑物时 可采用沿墙敷设方式 6 当线路跨越河流时 应采用桥上管道或槽道敷设方式 当没有桥梁时 可采用架空敷设方式 或水下敷设方式 8 室内传输线路敷设方式的选择 应符合下列要求 1 无机械损伤的建筑物内的电 光 缆线路或扩建 改建工程 可采用沿墙明敷方式 2 在要求管线隐蔽或新建的建筑物内可用暗管敷设方式 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 4 章 视频安防监控系统 19 3 对下列情况可采用暗管配线 1 易受外界损伤 2 线路上其他管线和障碍物较多 不宜明敷的线路 3 在易受电磁干扰或易燃易爆等危险场所 4 电缆与电力线平行或交叉敷设时 其间距不得小于 0 3m 与通信线平行或交叉敷设时 其 间距不得小于 0 lm 9 同轴电缆宜采取穿管暗敷或线槽的敷设方式 当线路附近有强电磁场干扰时 电缆应在金属 管内穿过 并埋入地下 当必须采取架空敷设时 应采取防干扰措施 10 线路敷设应符合现行国家标准 工业企业通信设计规范 的规定 4 7 5 监控室 监控室主要考虑的问题有 13 方面 具体如下 1 根据系统大小 宜设置监控点或监控室 监控室的设计应符合下列规定 1 监控室宜设置在环境噪声较小的场所 2 监控室的使用面积应根据设备容量确定 宜为 12 50m2 3 监控室的地面应光滑 平整 不起尘 门的宽度不应小于 0 9m 高度不应小于 2 1m 4 监控室内的温度宜为 16 30 相对湿度宜为 30 75 5 监控室内的电缆 控制线的敷设宜设置地槽 当属改建工程或监控室不宜设置地槽时 也可 敷设在电缆架槽 电缆走道 墙上槽板内 或采用活动地板 6 根据机柜 控制台等设备的相应位置 设置电缆槽和进线孔 槽的高度和宽度应满足敷设电 缆的容量和电缆弯曲半径的要求 7 监控室内设备的排列 应便于维护与操作 并应满足安全 消防的规定要求 监控室的门的高度和宽度要求 主要考虑能方便地运进 运出机柜和控制台 监控室内的电缆与 控制线的敷设应设地槽 便于线缆敷设 并且费用也低 2 监控室根据需要宜具备下列基本功能 1 能提供系统设备所需的电源 2 监视和记录 3 输出各种遥控信号 4 接收各种报警信号 5 同时输入 输出多路视频信号 并对视频信号进行切换 6 时间 编码