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安防监控系统培训文档 安防监控系统培训文档目 录前 言4第一章 监控系统的发展4二、传统模拟监控系统41、视频分配器52、视频切换器53、视频分割器64、视频模拟矩阵6三、数字化监控系统71、硬盘录像机、视频服务器72、IP摄像机8第二章 摄像机基础及目前主流产品9一、摄像机结构及原理91、摄像机的基本结构92、主流方案103、CCD介绍124、镜头135、滤光片15二、摄像机发展161、摄像机重要参数162、宽动态摄像机183、红外一体化摄像机204、一体化摄像机26三、摄像机延伸产品类型261、枪机、半球272、云台摄像机273、球形云台摄像机284、智能恒速球、高速球29第三章 硬盘录像机基础及目前主流产品29一、硬盘录像机发展291、视频压缩格式302、硬盘录像机的分类333、硬盘录像机的功能354、录像机的主要性能36第四章 其他相关产品37一、布线系统371、同轴电缆（SYV75-）372、双绞线传输器、视频光端机40二、视频服务器40第五章 行业发展趋势及产品42一、目前行业一般系统结构42二、IP数字摄像机43三、网络集中监控系统441、系统整体构架442、产品性能特点483、产品组成及特点48前 言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。第一章 监控系统的发展我国安防行业是随着社会主义市场经济的发展而逐步成长起来的，改革开放以来，在国民经济迅速发展，人民生活水平日益提高的推动下，安防行业呈现了一个蓬勃发展的势头。总结回顾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。二、传统模拟监控系统闭路电视监控系统顾名思义，是基于民用闭路电视为标准产品的一门技术，他传输的信号是模拟视频信号。在早期闭路监控系统由于其造价高昂，主要是用于安全保密性较高的部门，如：银行、金融机构等。这时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，连接方式是靠视频电缆一对一直接相连，有多少个摄像机就有多少个监视器，在监控后端保安人员进行实时监看。这样的系统连接存在着造价高、施工复杂、资源浪费及安装场所空间大等弊病。随着监控系统使用越来越广，在模拟监控系统中出现几个主要设备提高的系统的性能，使得监控系统的使用更加广泛。1、视频分配器分配器主要的作用是：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。在部分监控场所，客户往往需要在多个位置监控图像，比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。2、视频切换器在早期，由于监视器（电视）价格较高，使用过多台显示设备使得成本相当昂贵；另外如果前端有较多数量的摄像机，如果都做点对点显示，那需要相当大的房间摆设如此数量的显示设备，也是不现实的。视频切换器的作用就是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。3、视频分割器在引入视频切换器，出现了一个问题，就是一个显示设备同时只能显示一个画面，很多客户觉得在节省了成本的同时似乎也出现了盲区。视频分割器就是起这个一个作用，他不需要轮流显示多个画面，而是将多个视频信号以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。4、视频模拟矩阵模拟监控系统由于空间位置的限制，使得整个系统只能建立在相对小区域的空间下。作为模拟监控系统的顶级产品，主要的功能还是如何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。他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。矩阵的主要功能举例如下（前端64路摄像机输入，后端4个监视器输出）：l 后端监视器上可以任意选择前端图像显示；l 前端任意一路图像可同时显示在后端4台监视器上；l 前端64路图像可同时在4台监视器上实现轮巡；l 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。三、数字化监控系统随着监控系统的发展，由于模拟信号自身的缺点已不能满足人们对监控系统日益增长的的需求。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。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、视频服务器数字硬盘录像机、视频服务器是数字监控系统的最早产物，直到目前为止依然占据着监控系统中核心位置。他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。2、IP摄像机计算机技术在监控系统中广泛应用后，目前数字化监控系统主要就是将传统的模拟信号转化为数字信号进行信息利用，这里需要借鉴转换设备数字录像机。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。目前IP摄像机已经在行业中起步，他的发展将是日后监控行业的趋势。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”。下面解析各个部分的功能：CCD：CCD(Charge Coupled Devices)电荷耦合器件。CCD就相当与人的眼睛，它的主要工作就是把光影像转成电子信号。CCD上有感光点，每一点就像一颗太阳能电池，被光照到后会产生电能，依照光的照度不同，会产生不同的电能。V-Driver：CCD里头每一点被光照到产生电能,那如何取出来?就是靠这颗V-DRIVER,它会产生不同的脉波,把CCD每点的讯号“打”出来。我们通常说是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：DSP是Digital Signal Processor的缩写，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，不只是在摄像机设计中用到DSP，现在好多行业都用到DSP，特别是在算法方面，DSP的应用是相当广的，是比较流行的MCU。从DS/AGC出来的模拟信号传送到DSP进行处理，顺便说一下，DSP是数字信号处理器，怎么能处理模拟信号呢？因为DSP内部有一个A/D Converter（模数转换器）把模拟转换成数字后再进行运算，在摄像机中主要是进行颜色，亮度，白平衡等运算。运算后又把信号转换成模拟信号输出，也就是视频输出了。T.G：控制整个处理过程快慢用的，一般都包含在DSP里的，就不多说了。以上部分再加上镜头，就是整个摄像机了。2、主流方案了解了摄像机结构后，现在来讲摄像机的方案，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了，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（已停产）SONY公司推出这颗DSP之前已推出了CXD2163，当初把CXD2163这个方案叫做SS-1，用CXD2163做出来的机子一直有问题，所以不久就推出CXD2163BR，用来代替CXD2163，方案人们也一直叫做SS-1。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）（注意：以上CCD尺寸是1/3，还有好多型号的CCD没有列出，可参考有关方面的书籍）这颗DSP能够做到电源同步（电源同步也称之为线性锁定或行锁定，是利用摄像机的交流电源来完成垂直推动同步，即摄像机和电源零线同步）。所以现在好多厂家都在用来做高解的机子。（2）SS-11；CXD3141或CXD3142 这颗DSP是1999年推出的，这款DSP只能接低解的CCD，3142比3141多了镜像功能，如果SS-11也做到电源同步，就会产生很大的噪讯。所以目前还没做成电源同步，SONY目前420线的机子几乎就是这个方案。（3）SS-HQ1；CXD3172AR这颗DSP是SONY2004年推出的，就是520线机子用的DSP，3172目前的技术还不是特别成熟，存在许多问题，其中发热太大，发热量比其他DSP大好多，致使一些工程师并不喜欢用。SS-HQ1能接高低解的CCD，而且电源也能做到同步，总体上还是比SS-1好，就是发热问题还没解决。（4）SS-11X；CXD4103R这颗DSP是2005年推出的，是SONY目前最新的DSP，它解决了SS-HQ1的发热问题，但是电源同步时噪讯大。可接高低解的CCD。（5）SHARP 38603ASHARP公司目前有D4（38603A），D5也马上出来了（38627）接SHARP低解CCD，被业内人士作为低档机使用，最近又出了D5（38627）。听说效果可以跟SONY蓖美，除了SONY，SHARP外，还有松下，韩国的NEXTCHIP，台湾的A-NOVA ADPXXXX等。其中韩国NEXTCHIP公司推出的DSP，主要接SHARP低解或SONY低解CCD。3、CCD介绍介绍CCD信号处理和怎么去辨别CCD之前，我们简单介绍CCD，CCD(Charge Coupled Devices)电荷耦合器件。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。近30年来，CCD从当时的20万像素发展到目前的500800万像素， CCD器件及其应用技术的研究取得了惊人的进展,特别是近几年来，在消费领域,图像传感和非接触测量领域中的应用发展速度更快。目前，CCD应用技术已成为集光学、电子学、精密机械及微计算机为一体的综合性技术，在现代光子学、光电检测技术和现代测量技术中成果累累。随着CCD技术的迅猛发展，针对CCD信号的采集及采集之后的信号如何与计算机进行信息通信就成为CCD应用的一个重要问题，而能够针对CCD每一个像素进行高速采集并实时地传输给计算机处理，将会大大的提高采集到的CCD信号的精度并解决实时处理的问题，这在CCD信号采集和处理领域都将有非常广阔的前景。（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的辨别在CCD的广阔发展前景下，市场上就难免出现“假货”，把SHARP的说成是SONY的，或把松下的说成是SONY的，这样不但价格上受骗，效果上也就成了SHARP的或松下的了，这里介绍个简单好用的方法去辨别SONY和SHARP的CCD。我们看CCD的外表就可以辨别出是哪家生产的，如图： 注意看两个CCD的表面，上下两排金属的接点，其中一个中间少了两个门牙（左边），另外一个没缺（右边），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。另外，松下的也没有缺门牙，只是金属线条比SHARP粗，在SONY和SHARP摄像机的大潮下，认准了CCD的外型就不会把两种机子混淆。（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。4、镜头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。（1）镜头主要的参数A、什么是镜头的焦距？答： 从光学原理来讲焦距就是从焦点到透镜中心的距离。即焦距长度。如“f=8-24mm”，就是指镜头的焦距长度为8-24mm。B、焦距长短与成像大小、视角大小有什么关系？答： 焦距长短与成像大小成正比，焦距越长成像越大，焦距越短成像越小。镜头焦距长短与视角大小成反比，焦距越长视角越小，焦距越短视角越大。C、焦距长短与景深透视感又什么关系？答： 焦距长短与景深成反比，焦距越长景深越小，焦距越短景深越大。焦距长短与透视感的强弱成反比，焦距越长透视感越弱，焦距越短透视感越强。D、什么是镜头的光圈？答： 光圈的功能就如同我们人类眼睛的虹蟆，主要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。E、什么是景深？答： 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。F、什么是广角镜头？答： 广角镜头因焦距非常短，所以投射到底片上的景物就变小了扩阔镜头拍摄角度，除可拍摄更多景物，更能在狭窄的环境下拍摄出宽阔角度的影像。视角90度以上，观察范围较大，近处图像有变形。G、什么是长焦镜头？答： 视角20度以内，焦距可达几十毫米或上百毫米。H、什么是镜头的视频驱动？答： 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。I、什么是镜头的直流驱动(DC driverno Amp)答： 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。J、什么是镜头的有效距离答：指不同尺寸的镜头，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：广角镜头长焦镜头28MM36MM4MM6MM8MM12MM16MM25MM（3）可变镜头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：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三可变镜头光圈、聚焦、焦距均需人为调节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。5、滤光片滤光片是人们容易忽视的一个环节，他是安装在CCD前的一个滤镜，他的作用是什么？从字面上不难理解，滤光片就是滤光的。为什么要滤光呢？因为在大自然界中，除了紫-靛-蓝-绿-黄-橙-红七种可见光外，还存在着红外光和紫外光等复杂光线。然而CCD作为一个电子元器件，他是无法识别哪些光有用，哪些光没用。滤光片的作用就是将这些光线给滤除，保证接收的图像不会受到这些影响。正常可见光的波长范围是380nm-645nm，装上这样一个滤光片相当于给CCD带了一副“太阳眼镜”。目前行业里，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：l 从黑白摄像机到彩色摄像机；l 彩色摄像机的清晰度从420、480至540线不断的提高；l 彩转黑摄像机的产生；l 宽动态摄像机的出现；l 超低照度摄像机的诞生；l 红外一体化摄像机；l 一体化摄像机。根据这几个方面，本文重点介绍几个方面。1、摄像机重要参数（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。（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。2、宽动态摄像机宽动态摄像机：所谓宽动态，就是把问题集中在解决逆光环境下所产生的问题。现在我们通过一个实例说明这个问题：现象一： 测光为整体测光，现在是高速快门。 主体曝光不足，背景曝光正确。摄像机在逆光时，因为整体入光量太大(窗外光线太强了)，为避免过曝，快门速度会提高，这就导致背景(高亮度区)正常了，但主体(低亮度区)却曝光不足因此就黑掉了。 现象二：测光为区域测光，现在是低速快门， 主体曝光正确，背景过曝。在正常情况下，我们主要是要看到屋内的人，窗外的景色在监控上实在不重要，怎么解决这问题? 就是改变测光的区域! 在D。S。P 内有个功能，就是能够指定测光的范围，一般把他定在中间1/9 区块， 或是再加上下面1/3合起来成一个凸字型。D。S。P以这区块来测光，因为这区块内光线较暗，所以快门速度就降下来了，导致这区块内曝光是正常的，但窗外就会过曝。说到这里，有人会说：”这不就是背光补偿嘛!”，对! 就是背光补偿，那跟宽动态有什么关系?现象三：呵呵! 所谓宽动态，就是能够兼具上面的优点，把主体跟背景都能曝光正常。就像下面这张图一样。那要怎样才能达到这种效果呢?会电脑的人就知道了，如果你有一张高快门的，再一张低快门的，就能凑出来了。当然，在实际中不能用鼠标一点一点来弄。因此，得写个软件，自动去判别明暗程度，自动选取要的图，自动加起来，最重要的，要每秒能处理25祯，再开颗 D.S.P，把软硬件包在一起，就成了宽动态D.S.P 了。到这里，我们了解到：”宽动态影像必需有专用D.S.P，而且影像是“做”出来的!”。有了D.S.P， 问题又来了，那里去找来低快门及高快门各一张的图让它处理?用两颗CCD? 一个高快门，一个低快门? 那不成! 怎么摆，角度都不可能一样。解决方法就是用一颗CCD，但是上面的每一点在单一时间内曝光两次，一次长曝光(低快门)，一次短曝光(高快门)，所以每一点都有两个数据输出，就叫“双输出CCD”，正因为每点有两个数据输出，总资料量就比一般CCD多了一倍，因此传输的速度得大上一倍才能把资料搬出来，所以又叫“双速CCD(Double Speed CCD)。”就这样了! 双输出CCD 扔出一个长曝光及短曝光的讯号给D.S.P， D.S.P去运算再加总， 所谓”宽动态摄像机”就出来了。这种就是松下在10年前搞出来的，但搞出来后取名字就有问题了，“宽动态”(Wide Dynamic)这名词以前已经有人用过了，再用就不稀奇了，因此就改个名称叫”超动态”(Super-Dynamic)，简称SD 。上面讲过了，这种宽动态效果是做出来的，因此早期有些问题，例如无法实时处理(会有一些延迟)，在明暗交接处没法处理的很智慧(会有毛边)，影像不自然(“做”出来的) 等等。经过不断改良，推出新DSP，就有所谓 SDII， SDIII，(就是第二代第三代啦!)，当然，都是松下的，它D.S.P又不外卖，所有的厂家只能干瞪眼了! 直到这几年，索尼推出所谓SS-2 D.S.P 及 Double Speed CCD，才有厂家能拿来搞一搞，不过索尼还是维持它一贯传统：D.S.P超难搞定!而且须用两颗D.S.P才能实现宽动态功能，还要加个菜单(O.S.D)，所以当然就卖的贵了，多付出那些钱，得到那些效果，值不值得就看人了。因此，除了松下的“超动态”，现在市面上所谓“宽动态”CCD摄像机，几乎都是SONY SS-2方案， 而且要两颗D.S.P在上头的。还有，因为CCD每点“总”曝光时间是固定的，所以得配自动光圈镜头才行。说到这里，就不能不说PIXIM 方案了，它是用颗C-MOS，D.S.P内包了颗ARM9处理器来处理，从资料上看来，它是透过改变C-MOS上每一点的A.G.C 来达成这个效果，因此早期的PIXIM一样有影像不自然的缺点(也是“做”出来的)，还有是C-MOS先天上照度较差，在低照时影像会无法实时(祯累积)。所以，目前所谓宽动态机，基本上只有三种： 松下SDIII ， 索尼SS-2方案及PIXIM C-MOS方案。3、红外一体化摄像机（1）红外一体机的形成及原理在大多数监控场合，24小时的实时监控成为了主要的监控手段。然而在夜间环境下，不可能每个地方都有充足的灯光来提供摄像机所需要的光源。如何在夜间看到物体？伴随这样一个急待解决的问题，监控行业里出现了两种不同的解决方式。第一种，SONY公司针对夜间监控这种需求，从摄像机的芯片入手，研发出超低照度DSPSONY EXVIEW。这种芯片的问世后，在摄像机的产品线中，出现了所谓的“星光级”、“月光级”超低照度摄像机。但这种机器真的就能满足实际的需求吗？答案当然是否定的。在我们实际应用中，很多地方，尤其是野外，这种低照度摄像机并不能拍摄出清晰的图像。另外，EXVIEW芯片的摄像机在成本上也比其他摄像机要高很多，较高的价格也成了此类产品推广中的又一个瓶颈。第二种，在日常的监控中，我们会为了较好的取得夜间监控图像，往往在一些重要的场合，会在夜间开着灯，通过灯光来弥补夜间光线不足的问题。但这种方式，由于安装场合不同，夜间用电量的加大，往往只能在一些重要的位置使用。如何能够在日常各个监控场，都可以拍摄到清晰的画面？大家的解决办法不约而同的集中到了一个方向加灯。可是我们日常用的灯都会存在几个问题，灯泡的使用寿命、照射的距离和耗电量大。于是，使用寿命长、照射距离远、耗电量大的红外灯，就成为了这种“红外一体化摄像机”的不二选择。为什么这样选，其实是和摄像机本身的特性有关的，首先我们了解以下几个问题：A、摄像机的CCD为什么能看到红外线?CCD本来就能看到红外线! 它本来就对红外光有感应。拿支黑白摄像机，关掉电灯，拿个红外灯一照，影像不就出来了!B、彩色CCD为什么看不到红外线? 事实上，彩色CCD也看的到红外线， 就是因为它能感应到红外线，会干扰到D.S.P (影像处理主芯片)的运算，导致“偏色”。因此，得想个办法，让它不能接收红外线，方法就是：让CCD戴上“太阳眼镜”，只是人戴的太阳眼镜是隔离紫外线，而CCD戴的是隔离紫外线和红外线，这就是彩色CCD上头粘的那片滤光片。380nm-645nm，刚好就是可见光的范围(紫-靛-蓝-绿-黄-橙-红)。 600多nm是红色光，在它往右以“外”，就叫“红外线”，是“红色以外的光” 不是红色的光，因此眼睛已经看不到了；同样的道理，380nm左右我们眼睛看到的是紫色，在380nm往左以“外”，就叫“紫外线”，眼睛一样看不到。安装滤光片后，通过滤光片的光线已经把红外光和紫外光过滤掉了，只剩可见光进来。所以，彩色CCD就看不到红外线了。C、黑白CCD为什么不加滤光片，难到它不怕色干扰吗?黑白摄像机本来就没颜色，何来“色”干扰?所以在早期，红外线摄影机就是用黑白摄像机，加上红外投射灯就行了。后来彩色摄像机越来越普遍了，总不能白天用彩色摄像机，到了晚上再用黑白摄像机打红外灯吧，这就重复投资了。（2）红外一体机的分类了解了上面的内容，大家应该都不难了解到，为什么摄像机会使用红外灯，作为夜间拍摄物体的主要发光源。但正如前面所说的，由于引入了红外光，红外摄像机在白天拍摄物体时，画面会出现偏色的现象。这一点也是红外摄像机最大的一个缺点。如何最大效率的解决这个问题？此时又有两种方式，我公司在产品上也涉及到了这两个方面。A、日夜型红外线彩色摄像机为了保证白天图像不受红外光的影响，晚上又能接收到红外光。最简单有效的办法，当有光线时用彩色摄像机，当没光线时，把CCD上头那片滤光片拿掉，再打上红外灯，“日夜型红外线彩色摄像机”就这样出来了。这很像读书时看到的老教授，他在看书时戴个老花眼镜，抬头看你时就把眼镜往头顶上一挪。所以，这种摄像机就是在CCD前装了个机械结构，用电磁阀把滤光片拉开或推回去，在作动时听的到“喀察”一声。这就是我们现在行业里所说的“双滤光片切换”。我公司所生产的夜间车牌红外摄像机，也是应用这种原理来制造的。DS-39WHR/6S这款强光抑制摄像机，也是由2个不同的滤光片进行切换来实现白天日常监视和夜间强光下拍摄车牌的作用。唯一不同的是，它夜间切换的滤光片透光范围更窄，只允许640nm以上的光进入，这样哪怕是再强的车头灯也没有半点影响了。B、彩色室内日夜型红外线摄像机因为上面提到的“双滤光片切换”，成本费用太高，一般只应用在一些特殊、高端的摄像机上。在最大限度考虑成本的条件下，办法依旧从滤光片下手，让850nm以内的那段红外光漏了进来。所以在晚上没灯光时，只要打上850nm的红外光，CCD就看的到了，这招真是既省钱又方便，换个滤光片就行了。但是因为850nm跟可见光波长很近， 850nm投射灯常会产生少量可见光成份，看到的是红色的，那就是“红曝”的来源。红外线夜视问题解决了，再来是白天的问题了，既然那滤光片会让850nm的红外线漏进来，就会产生色干扰，也就是“白天偏色”的由来，这只能用软件来调整DSP的程序，尽量减少色偏。但不可能做到没有丝毫的色偏。因为这种原因，所有每个生产厂家的产品，其产品的色彩都会有所不同。就像每个家中的电视一样，色彩调节也有所不同。我们公司生产的摄像机同样有自己的色彩标准，而这种标准的选择也是根据了摄像机的很多使用环境而定的。接入监视器、PC录像机、嵌入式录像机，根据3种接入形式的色彩综合调节，达到理想的摄像机色彩。（3）红外一体机常见问题广州奥奇曼科技有限公司是专门致力于摄像机产品的研发、生产的大型企业。在红外摄像机的生产方面有着自己独到的解决方式，现列举一些红外机经常出现的问题和解决方式，以供大家参考：A、在电路方面，大量红外灯产生的温度过高由于大量的红外灯和摄像机一起安装在一个密封的外罩内，长时间供电后，整个一体机内的问题会非常的高。过高的温度，往往会造成设备烧坏、加速电子元气件的过早老化等问题的出现。目前一些较好的摄像机都会采用一些“恒流”、“恒压”技术，控制电路板的温度，延长设备的使用时间。普通产品一般产品（恒压）DIDOSOFT（恒流）供电系统无任何控制，完全靠整流器进行电压的控制。在实际生活中，市电的不稳定性，电压及电流都是在上下波动状态。由于电子元器件的特性，在长时间这样的变化中，元器件本身的阻抗、性能会受到影响。大幅度缩短红外灯及各种电子元器件的使用寿命。采用“恒压”设计，保证了输入电压的稳定性，但电流强度的不可控制性，使得电子元器件在经过高电流的输入后，发热过快，一定程度上影响到产品的使用寿命。采用“恒流”设计，加强了对电子元器件的保护，使得元器件在尽可能稳定的状态下长时间工作，使得红外灯的使用寿命基本接近本身产品的使用时间。另外，“恒流”设计可以有效的控制电路板的温度保持在正常工作状态，有效的防止“起雾”现象的发生。无费用成本费用成本低费用成本高LED灯以50颗5mm，20mil(芯片大小)LED为例，想打到户外40米，电流至少得到80毫安，如果又密封在壳子里(户外当然要密封)，LED板上温度会飙到90度。还有，LED是正温度系数，也就是温度越高电流越大，电流越大温度就越高，LED本身会耐到100度，但板子后面那颗CCD可只能撑到60-70度。这时，画面开始就发白了，看起来白朦朦的，这是因为CCD过热，暗电流增加，白底上浮，再烧下去CCD就会烧坏。我们公司的产品在解决这种问题时，主要采用两种办法：A、对红外机灯板上的LED灯进行分组，控制电流，在较大功率的红外机内增加风扇；B、给电路板加恒定电流电路，控制整个红外机的电流，不让LED过电流。B、光学上，图像有“黑边”及均匀度问题所谓的“黑边”、“手电筒”及图像均匀度问题，主要是因为，摄像机的镜头拍摄角度和红外的照射角度不搭配所造成的。首先我们先了解红外灯的特性。红外灯根据其大小（5、8等）功率的差异，其红外灯所达到的照射距离有差别。而每一种型号的红外灯，其光线的照射角度也是有所区别（75度、60度、45度、30度、15度等等），照射角度越小，照射距离越远。红外灯照射距离越远，图像的噪点越大；距离越近，图像的噪点越小。另外有效照射强度不够，使得图像效果差；照射强度过大，在照射物体时，整个画面会泛白。因此所谓搭配原理指的是，红外灯的角度和镜头的视角、红外灯功率和有效照射距离的合理搭配：红外灯的角度大于镜头视角过多。红外照射距离过短，灯光过散。不能达到夜间要求的照射距离。且图像的噪点过大。红外灯的角度小于镜头视角。夜间图像出现手电筒情况，即整个图像四周有黑边。中心光度强，画面泛白。通过以上的原理，大家不难看出。在生产各种不同型号、规格的红外机时，都必须根据型红外机的性能、镜头的角度以及红外灯的角度做严格的搭配。我公司所有红外摄像机LED灯板与镜头搭配，都是经过多次的搭配实验，得出的最佳方案。从光学的角度上，做到完美的解决。C、在红外机的结构上，有“反光”、“漏水”、“雾气”等问题“反光”的产生有两个原因：A、LED光漏到镜头里，也就是镜头上那个隔离圈和玻璃没密合，让红外线通过摄像机前端的玻璃镜面提前反射、折射进入了镜头。目前我公司生产红外摄像机均是采用用双玻璃切割的方式，可以有效的解决这种问题。B、用过宽角度的LED，红外线照射到红外机的遮阳罩后，再反射回镜头。解决方法就是把遮阳罩退后一些或调整镜头。“漏水”、“雾气”这纯粹是机壳设计不良，防水垫圈材质不好，及组装不慎所造成。优质的原材料，是提升产品品质最基本、最重要的环节！4、红外机使用一段时间后，镜头前出现“起雾”的现象“起雾”主要是因为红外机在使用中，灯板、其它器件上因焊接残存的松香等可挥发物质，经过高温升华后，附着在镜头或前板玻璃上，影响了正常的视觉效果。解决的方法主要在安装完成前，尽量清除松香等物质在机体的含量。我公司在摄像机制造过程中，电路板全部都是机器贴片代替人工焊接，挥发物会少很多。另外，对电路板从焊接到安装前都会进行二次以上的清洗，并且出厂时都会有高温烤机、检测的过程。在产品出厂前，尽最大可能将所有挥发物驱除干净，这种问题的出现的几率是极少的。4、一体化摄像机在必要场所，摄像机往往需要使用可变焦的镜头，通过远端控制来实现对现场细节方面的监控。而这样常常需要增加额外的控制设备。一体化摄像机正是为了满足这种需要实现的，他可以通过解码器或本身自带的控制接口来进行控制。一体化摄像机镜头具有大幅度变化的特点，另外还增加了菜单功能，可以远程控制调节菜单中的功能选项。一体机有两个特点需要记录：（1） 光学放大和电子放大例如：东迪DS-35-980一体化摄像机具有980倍放大的功能，其中分为35倍光学放大和28倍电子放大。光学放大即是通过镜头焦距的调节实现的；电子放大实际上是把原来CCD影像感应器上的一部份像素使用插值处理手段做放大,将CCD影像感应器上的像素用插值算法将画面放大到整个画面。通过数码变焦，拍摄的景物放大了，但它的清晰度会有一定程度的下降，有点像VCD或DVD中的ZOOM功能,所以数码变焦并没有太大的实际意义。（2）CCD尺寸由于一体化摄像机在大幅度变化焦距的时候，在CCD上形成画面需要考虑到益出、不满屏的因素，因此目前所有一体化摄像机的CCD都是使用1/4的。三、摄像机延伸产品类型本章我们从摄像机的基本使用类型来说明。1、枪机、半球普通摄像机主要由上图中各个部件组成的，一般安装在监视场所区域固定的地方。而在有些安装场所，由于空间较小或要求安装隐蔽。为了适应这种需求，半球型摄像机诞生了，由于他集成了护罩、支架及镜头。因此安装体积小、方便。2、云台摄像机前面叙述了一体化摄像机，可以通过远程进行焦距的控制，云台则是根据需求，可以通过转动方向更有效的监视一片区域的情况。而这些控制主要是由解码器和后端的控制设备通讯实现的。在监控行业中，通讯方式是按485总线结构连接的。RS-485是从RS-422基础上发展而来的，所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上连接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的，RS-485是-7V至+12V之间，而RS-422在-7V至+7V之间，RS-485接收器最小输入阻抗为12k欧，而RS-422是4k欧； RS-485满足所有RS-422的规范，所以RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中应用。一台云台摄像机的连接结构如下：3、球形云台摄像机由于云台摄像机占用空间大，外观美感差，球形云台诞生了。他将云台、解码器、护罩整合在了一起，在减少空间的同时，增加了美感。室外型室内型4、智能恒速球、高速球智能球比起云台控制更加的灵活，加入了部分智能化功能，比起云台只能单纯的控制方向、镜头具有以下优点：l 转动速度明显的提升，恒速球一般为水平/垂直6-15/秒以上，高速球0.5-120/秒（最高巡航速度240/秒，64级变速）；l 体积变小，一般为6寸或以下；l 智能球可以实现360度不限位旋转；l 增加了预置点、巡航线路、看守位等智能功能，并具有断电记忆不丢失。第三章 硬盘录像机基础及目前主流产品一、硬盘录像机发展硬盘录像机DVR即是Digital Video Recorder(也叫: Personal video recorder 即PVR)数字视频录像机或数字硬盘录像机，我们习惯上称为硬盘录像机。 它是一套进行图像存储处理的计算机系统，具有对图像/语音进行长时间录像、录音、远程监视和控制的功能，DVR集合了录像机、画面分割器、云台镜头控制、报警控制、网络传输等五种功能于一身，用一台设备就能取代模拟监控系统一大堆设备的功能，而且在价格上也逐渐占有优势。 DVR采用的是数字记录技术，在图像处理、图像储存、检索、备份、以及网络传递、远程控制等方面也远远优于模拟监控设备，DVR代表了电视监控系统的发展方向，是目前市面上电视监控系统的首选产品。 1、视频压缩格式目前市面上主流的DVR采用的压缩技术有MPEG-2、MPEG-4、H.264、M-JPEG，而MPEG-4、H.264是国内最常见的压缩方式；从压缩卡上分有软压缩和硬压缩两种，软压受到CPU的影响较大，多半做不到全实时显示和录像，故逐渐被应压缩淘汰。首先介绍下各种不同的视频压缩格式。1） MJPEG MJPEG 是指 Motion JPEG，即动态JPEG，按照25帧/秒速度使用JPEG 算法压缩视频信号，完成动态视频的压缩。是由JPEG专家组制订的，其图像格式是对每一帧进行压缩，通常可达到6：1的压缩率，但这个比率相对来说仍然不足。就像每一帧都是独立的图像一样。MJPEG图像流的单元就是一帧一帧的JPEG画片。因为每帧都可任意存取，所以MJPEG常被用于视频编辑系统。动态JPEG能产生高质量、全屏、全运动的视频，但是，它需要依赖附加的硬件。而且，由于MJPEG不是一个标准化的格式，各厂家都有自己版本的MJPEG，双方的文件无法互相识别。MJPEG的优点是画质还比较清晰，缺点是压缩率低，占用带宽很大。一般单路占用带宽2M左右。2）H.263 H.263 视频编码标准是专为中高质量运动图像压缩所设计的低码率图像压缩标准。H.263 采用运动视频编码中常见的编码方法，将编码过程分为帧内编码和帧间编码两个部分。埃帧内用改进的DCT 变换并量化，在帧间采用1/2 象素运动矢量预测补偿技术，使运动补偿更加精确，量化后适用改进的变长编码表（VLC）地量化数据进行熵编码，得到最终的编码系数。 H.263标准压缩率较高，CIF格式全实时模式下单路占用带宽一般在几百左右，具体占用带宽视画面运动量多少而不同。缺点是画质相对差一些，占用带宽随画面运动的复杂度而大幅变化。 3） MPEG-1 VCD标准。 制定于1992年，为工业级标准而设计，可适用于不同带宽的设备，如CD-ROM，Video-CD、CD-i。它用于传输1.5Mbps数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音的编码，经过MPEG-1标准压缩后，视频数据压缩率为1/1001/200，影视图像的分辨率为36024030（NTSC制）或36028825（PAL制），它的质量要比家用录像系统（VHS-Video Home System）的质量略高。音频压缩率为1/6.5，声音接近于CD-DA的质量。MPEG-1允许超过70分钟的高质量的视频和音频存储在一张CD-ROM盘上。VCD采用的就是MPEG-1的标准，该标准是一个面向家庭电视质量级的视频、音频压缩标准。MPEG-1的编码速率最高可达4-5Mbits/sec，但随着速率的提高，其解码后的图象质量有所降低。MPEG-1也被用于数字电话网络上的视频传输，如非对称数字用户线路(ADSL)，视频点播(VOD)，以及教育网络等。同时，MPEG-1也可被用做记录媒体或是在INTERNET上传输音频。MPEG1标准占用的网络带宽在1.5M左右。4）MPEG-2 DVD标准。制定于1994年，设计目标是高级工业标准的图象质量以及更高的传输率，主要针对高清晰度电视（HDTV）的需要，传输速率在3-10Mbits/sec间，与MPEG-1兼容，适用于1.560Mbps甚至更高的编码范围。分辨率为72048030（NTSC制）或72057625（PAL制）。影视图像的质量是广播级的质量,声音也是接近于CD-DA的质量。MPEG-2是家用视频制式（VHS）录像带分辨率的两倍。MPEG-2的音频编码可提供左右中及两个环绕声道,以及一个加重低音声道，和多达7个伴音声道(DVD可有8种语言配音的原因)。由于MPEG-2在设计时的巧妙处理，使得大多数MPEG-2解码器也可播放MPEG-1格式的数据，如VCD。除了做为DVD的指定标准外，MPEG-2还可用于为广播，有线电视网，电缆网络以及多级多点的直播 (Direct Broadcast Satellite) 提供广播级的数字