安防监控基础知识之—摄像机技术.docx

安防监控基础知识之-摄像机技术安防监控基础知识之摄像机技术术语缩写英文全称意义DVRDigital Video Recorder数字硬盘录像机。NVRNetwork Video Recorder网络硬盘录像机。CVRCombo Video Recoder一体式硬盘录像机，一般指自带图像监视器的DVR。PVRPortable Video Recoder便携式DVR。NVDNetwork Video Decoder网络视频解码器。SNVDSuper Network Video Decoder超级网络视频解码器。一般指多头高清输出，解码能力强大的网络解码器。DVSDigital Video Server数字视频服务器IPCIP Camera网络摄像机.PAL视频制式，特点是分辨率 720576，25帧/秒。NTSC视频制式，特点是分辨率 720480，30帧/秒。MPEG1MPEG2MPEG4H264CIF视频分辨率。PAL制CIF为 352288像素；NTSC 制CIF为352240像素。QCIF视频分辨率。PAL制QCIF为 176144像素；NTSC 制CIF为176120像素。2CIF视频分辨率。一般说法是PAL制2CIF为 704288像素；NTSC 制2CIF为704240像素。Half D1视频分辨率。一般说法是PAL制HalfD1为 352576像素；NTSC 制halfD1为352480像素。D1704576像素VGA视频分辨率。640480像素。QVGA视频分辨率。320240像素。720P视频分辨率。1280x720像素逐行扫描。1080P视频分辨率。1920x1080像素逐行扫描。960HSONY推出的模拟高清制式。向下兼容 N制和P制。最大分辨率为960480或者960576。PTZPan/Tilt/Zoom云台移动、镜头变倍、变焦控制等镜头喝云台活动功能。CCDCharge Coupled Device电荷耦合器件。传统的摄像机感光器件。CMOS Sensor采用CMOS技术的感光器件。CVBSComposite Video Broadcase Signal复合视频广播信号。CCTVClose Circuit Television闭路电视。一般指监控闭路电视。SDISerial Digital Interface串行数宇接口标准。利用LVDS技术长距离传输高速数据(GHZ) 的标准，可用来传输原始高清视频信号。HDMIHigh Definition Multimedia高清晰度多媒体接口。RCA标准视频输入接口。俗称莲花接口，分为莲花头和莲花座。BNCBayonet Nut Connector同轴电缆连接器。一种带固定卡子的连接器。b目录第一章摄像机综述11.1摄像机历史11.2摄像机原理21.3摄像机分类51.3.1摄像机类型51.3.2外观81.3.3像素、分辨率、清晰度12第二章摄像机功能和性能152.1低照度摄像机152.1.1白天彩色/晚上黑白（昼夜型摄像机COLOR/MONO）152.1.2低速快门（SLOW/SHUTTER）162.1.3超感度摄像机（EXVIEW/HAD）162.1.4最低照度162.2宽动态摄像机172.3背光补偿182.4强光抑制192.4.1实现方法202.5隐私遮挡212.6白平衡212.7电子快门222.8日夜切换222.9自动增益23第三章摄像机技术方案253.1模拟与数字解决方案技术比较253.1.1图像质量253.1.2图像切换功能263.1.3可靠性263.1.4延迟273.1.5系统功能实现方法273.1.6操作界面273.1.7图像记录273.1.8系统结构灵活性283.1.9系统保密性283.1.10其它系统的集成283.2模拟高清解决方案293.2.1监控拓扑图293.2.2方案设计说明293.2.3产品推荐303.2.4方案优优势303.3网络高清摄像机方案303.3.1网络高清摄像机概述303.3.2网络高清摄像机的类型333.3.3解决方案343.3.4网络高清摄像机选型注意事项353.3.5网络高清摄像机应用373.4HD-SDI高清解决方案393.4.1高清视频监控概述393.4.2HD-SDI高清及标准403.4.3HD-SDI监控技术优势413.4.4高清摄像机组成及关键技术423.4.5高清摄像机技术发展与应用433.4.6解决方案443.4.7HD-SDI高清应用考虑453.4.8HD-SDI设备安装注意事项46第四章摄像机的测试474.1测试环境准备474.2主要测试项474.2.1分辨率测试474.2.2色彩还原性测试484.2.3灰度等级测试484.2.4信噪比测试484.2.5同步信号测试494.2.6室内室外场景测试494.2.7低照度场景测试494.2.8红外摄像机红外效果测试504.2.9小结50第五章摄像机行业的行业分析515.1监控市场描述515.1.1监控摄像机市场整体规模515.1.2摄像机产业发展特点515.1.3摄像机厂商情况535.1.4监控摄像机市场应用分析545.2IP摄像机市场555.2.1本土厂商群起迎战555.2.2概念竞争如火如荼555.2.3IP摄像机厂商如何掘金565.3一体机机芯市场565.3.1一体机芯市场格局575.4高速球市场585.4.1智能化585.4.2网络化595.4.3红外夜视。595.4.4实用与稳定的需求605.5高清摄像机前景615.5.1高清摄像机的门槛615.5.2IP摄像机将成为高清主流615.5.3高性价比是最大吸引力625.5.4高清是否还在炒概念63iv安防监控基础知识摄像机技术第一章 摄像机综述1.1 摄像机历史摄像机是视频监控系统前端的主要设备之一，早期使用的是摄像管式摄像机，由于其固有功率消耗大、低照度指标差及笨重等原因，基本已被淘汰。而现行视频监控系统使用的摄像机，一般都是居于CCD图像传感技术的固态摄像机，又分为黑白和彩色两大类。近年来，由于网络技术与多媒体技术的飞速发展，出现了基于COMS图像传感技术的PC摄像机（也有黑白与彩色之分），且逐渐应用于网络多媒体监控系统上。同时，受数字化技术的推动，还出现了数字信号处理摄像机（即DSP摄像机）等品种。 标准摄像机 单孔摄像机 针孔摄像机 CCD黑白摄像机 小半球式摄像机 夜视型摄像机 高帧频摄像机 CCD摄像机 单片彩色摄像机 二片彩色摄像机 CCD彩色摄像机 三片彩色摄像机 DSP摄像机摄像机 微型黑白CMOS摄像机 黑白COMS摄像机 超动态CMOS摄像机 CMOS摄像机 彩色CMOS摄像机 彩色COMS摄像机 超高清晰CMOS摄像机1.2 摄像机原理从事安防行业，首先我们来了解摄像机方案，摄像机方案简单说就是指DSP和CCD/CMOS的搭配（根据DSP的型号和高解或低解的CCD搭配）。摄像机方案目前都弄得神神秘秘的，资料也不多见，相信大家一听说摄像方案就觉得头大，是高手才能掌握的知识，市场也鱼目混珠。现在先弄清楚摄像机的结构： 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：1. CCD：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。2. 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。 3. 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）。4. DSP： Digital Signal Processor（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。5. 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。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。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-NOVAADPXXXX等，其中韩国NEXTCHIP公司推出的DSP,主要接SHARP低解或SONY低解CCD。1.3 摄像机分类1.3.1 摄像机类型由于传统模拟视频设备的发展已进入瓶颈阶段，暂无潜力可挖，因此，为满足更高的要求，系统就必须向数字化方向发展。数字信号具有评估效率高、抗干扰能力强、失真少等模拟信号无法比拟的优点，同时也存在信号处理数据量大、占用频率资源多的问题，只有对数字信号实现有效地压缩，使之在通信方面的开销与模拟信号基本相同，它的有点才能表现出来，并具有实用性。目前数字视频技术已得到了迅速发展，响应的技术标准、算法及专用芯片，数字图像信号的摄取、处理、传输、记录等设备也得到广泛的应用。1.3.1.1 模拟摄像机模拟摄像头可以将视频采集设备产生的模拟视频信号转换成数字信号，进而将其储存在计算机里。模拟摄像头捕捉到的视频信号必须经过特定的视频捕捉卡将模拟信号转换成数字模式，并加以压缩后才可以转换到计算机上运用。特点：模拟式安防视频监控系统是一种局域性安防视频监控系统。前端摄像机到主控制室的距离通常均在1km 以内，它的诸多设备(字符发生器、8 画面切换器、16 画面处理器、长延时录像机、系统主控制器、主显示器)的连接大都采用射频同轴电缆直接连接。当使用的射频同轴电缆长度超过05km 时，为了补偿视频信号长距离传输的损耗，可以在系统网络中增设视频放大器。在实际应用中，从前端摄像机到主控制室的距离往往会超越1km，若在技术上不采取补偿措施，则主控制室显示器就无法收到满意的图像，有时于脆呈现满屏雪花，虽然设置视频放大器能在一定长度的区域内延长射频同轴电缆的信号传输距离，但如果距离增加及视频放大器级数增加，图像改善的程度非但不明显反而下降。其原因是视频信号经多级放大后，系统网络的噪声也得到同样多级放大，使得噪声电平与视频信号电平几乎处在同一个数量级。这时，主控制室的主监视器屏幕上看到的图像背景可能是一片杂乱的雪花。1.3.1.2 数字（IP）摄相机数字（IP）摄像机是一种结合传统摄像机与网络技术所产生的新一代摄像机，它可以将影像通 过网络传至地球另一端，且远端的浏览者不需用任何专业软件，只要标准的网络浏览器（如“Microsoft IE或Netscape）即可监视其影像。网络摄像机内置一个嵌入式芯片，采用嵌入式实时操作系统。摄像机传送来的视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩，通过网络总线传送到Web服务器。网络上用户可以直接用浏览器观看Web服务器上的摄像机图像，授权用户还可以控制摄像机云台镜头的动作或对系统配置进行操作。特点：数字式安防视频监控系统的主控制室的设备部件只有一台主控计算机，器件配置大为简化。数字式安防视频监控系统是随着计算机技术、多媒体技术、数字图像压缩技术以及网络应用技术的飞速发展，为解决传统的模拟式安防视频监控系统的弊端应运而生的。它的工作方式与模拟式视频监控系统不同。它不仅支持网络化操作，也支持模拟式安防视频监控系统的工作，支持从模拟式安防视频监控系统升级到数字式安防视频监控系统。成熟的数字式安防视频监控系统有单机硬盘录像系统、局域网传输硬盘录像系统、广域网传输硬盘录像系统。它功能强大，单个通道仅占CPU 资源的2，即使是16 个通道同时工作，也不超过总资源的40。所以它能实现116 路(每路25 帧s)实时图像的监控和同步录像(同步附有音频)，所有通道的音视频均可以在网络上传输，还能跨网段传输，其图像的清晰度达到或超越CIF(325x288)格式，能实现多画面显示功能(单画面、4 画面、8 画面或16 画面切换)，还可外接烟感探头、紧急按钮等诸多类别的传感器，并控制云台和可变镜头工作，整个系统有自动备份功能。所以数字式安防视频监控系统一经面市就以它先进的控制特性和强大的功能获得了相关行业和广大客户的关注。1.3.1.3 智能球机智能球型摄像机是现代电视监控发展的代表，她集成彩色一体化摄像机、云台、解码器、防护罩等多功能与一体，安装方便、使用简单但功能强大，广泛应用于开阔区域的监控，不同的场合都可以使用。一般智能球型摄像机都分为球心部分、外壳部分及配件部分。任何厂家的智能球型摄像机，都有一个用机架把包一体机机心、控制解码主板和电机云台系统的统一起来的球心部分，然后球心部分跟外壳用螺丝或者别的方式连接起来，球心是核心部分，外壳一般有多种外观，比如派尔高外观、松下外观、和自己设计的外观。外壳一般都是采用铝合金，也有塑料的，铝合金的一般又分为铸造和冲压的两种外壳。铝合金的比塑料的好，冲压的比铸造的好。下外壳是透明罩部分，透明罩必须采用光学透明罩，才能保证通光率和图象无变形，同时还要考虑防老化、防破坏、防尘等问题。配件部分一般包括支架部分，加热器部分，扇热部分。支架包括壁装支架、吊杆支架、表面贴装吸顶、嵌入式吸顶不需要支架，一般室外球都装有扇热的装置，而加热装置只有在严寒地区才选装，室内球原则上没有扇热和加热部分。配件还包括电源，一般用的都是24伏2到3安电流的变压器供电智能球型摄像机是一种集成度相当高的产品，集成了云台系统、通讯系统、和摄像机系统，云台系统是指电机带动的旋转部分，通讯系统是指对电机的控制以及对图象和信号的处理部分，摄像机系统是指采用的一体机机心。而几大系统之间，起着横向的连接的是一块主控核心cpu和电源部分。电源部分通过与各大系统之间供电，很多地方是采用的二极管、三极管等微电流供电，而核心cpu是实现所有功能正常运行。智能球型摄像机的原理实际上大致就是以上所说的，而具体来说，智能球型摄像机采用“精密微分步进电机”实现智能球型摄像机的快速、准确的定位、旋转。所有这一切都是通过cpu发给的指令来实现的。然后将摄像机的图象、摄像机的功能写进高速球的cpu，实现在控制云台的时候，将图象传输出来，并且能将摄像机的很多功能，例如白平衡、快门、光圈、变焦、对焦等功能同时实现控制。智能球型摄像机有几个主要的硬件部件，首先是电机，然后是滑环，然后是电源部分和控制主板。传动的皮带也很重要。智能球型摄像机的通讯问题还有就是涉及到通讯协议和通讯方式的问题，通讯协议是指智能球型摄像机跟主机系统相通讯时候，选择的通讯协议，比如pelco、曼码、松下、菲利普协议等。通讯方式是指这些通讯协议采用什么方式来进行通讯，比如485通讯方式、232通讯方式、422通讯方式、同轴视控通讯方式，一般来讲，智能球型摄像机都采用485通讯方式，而通讯协议各个不同厂家不同。1.3.1.4 一体化摄像机产品介绍 一体机主要分为高清一体机和标清一体机。高清一体机主要有130万高清一体化机芯和200万高清一体化机芯；标清一体机主要有22倍、23倍、30倍、36倍等一系列的一体化机芯及相应的一体化摄像机和整个系列的700线低照高解一体化机芯等。产品非常齐全，性价比极高，一系列的700线低照高解一体化机芯更是大华乃至行业内技术创新的标志，可以满足不同客户的需求。1.3.2 外观1.3.2.1 枪式摄像机 带菜单和ICR的枪式系列 100米红外放水枪式系列 30-50米红外放水枪式系列 5-30米红外放水枪式系列1.3.2.2 半球摄像机 迷你半球系列 防爆半球系列 日夜型半球系列 红外车载半球系列 红外半球系列 红外防爆半球系列 海螺型红外半球系列1.3.2.3 专用摄像机 笔筒式系列 飞碟式系列 烟感隐蔽型系列 针孔式系列1.3.2.4 球机 6寸模拟高速智能球 6寸红外模拟高速智能球 6寸第三代模拟智能球 6寸光纤模拟高速球 4寸迷你高速智能球1.3.2.5 一体化摄像机1.3.2.5.1 机芯 22倍一体化机芯系列 23倍、30倍、36倍 130万、200万、700线一体化机芯系列 低照高解系列机芯1.3.2.5.2 外形标清一体化摄像机系列1.3.3 像素、分辨率、清晰度1.3.3.1 像素像素，就是CCD/CMOS上光电感应元件的数量，一个感光元件经过感光，光电信号转换，A/D转换等步骤以后，在输出的照片上就形成一个点，我们如果把影像放大数倍，会发现这些连续色调其实是由许多色彩相近的小方点所组成，这些小方点就是构成影像的最小单位“像素”（Pixel）。 像素分为CCD像素和有效像素,现在市场上的数码相机标示的大部分是CCD的像素而不是有效像素。 1.3.3.2 分辨率所谓的“分辨率”指的是单位长度中，所表达或撷取的像素数目。 其中最常见的就是影像分辨率，我们通常说的数码相机输出照片最大分辨率，指的就是影像分辨率，单位是ppi（Pixel per Inch）打印分辨率也是很常见的一种，顾名思义，就是打印机或者冲印设备的输出分辨率，单位是dpi（dot per inch）显示器分辨，就是Windows桌面的大小。常见的设定有640x480、800x600、1024x768等。1.3.3.3 分辨率和像素的关系像素和分辨率成正比的，像素越大，分辨率也越高。 200万像素，最大影像分辨率是16001200192万像素，也就是说，实际的有效像素就是192万。 300万像素，最大影像分辨率是204815363145728像素，也就是说有效像素为314万。 1.3.3.4 清晰度意思是从水平方向上看，相当于将每行扫描线竖立起来，然后乘上4/3(宽高比)，构成水平方向的总线，称水平分解力。它会随CCD象素数的多少、和视频带宽而变化，象素愈多、带宽愈宽，分解力就愈高。大华摄像机清晰度可以分为700TVL系列、540TVL系列、480TVL系列、420TVL系列等。 例：PAL制电视机625行是标称垂直分解力，除去逆程的50行外，实际的有效垂直分解力为575线。水平分解力最高可达575x4/3=766线。但是限制线数的主要因素之一还有带宽。经验数据表明可用80线/MHz来计算能再现的电视行(线数)。如6MHz带宽可通过水平分解力为480线的图像质量。低档家用录像机，如VHS，最多能有240线的清晰度，高档家用摄录机，如S-V而数码摄录机的记录方式是数码信号的格式，清晰度在500线以上。（普通电视的清晰度大约280线，VCD的清晰度是230线）。编注：索尼的和松下的总共20款数字摄录机的“水平解像度”分别是500线、520线和530线3种情况，佳能在手册上仅有的6款摄录机的“水平解像度”全部都是625线，难道佳能的摄录机比索尼和松下的摄录机清晰度要高100多线吗？索尼的和松下的是指摄录的图像信号可以达到的水平清晰度的“电视线”数，而佳能的是指摄录的图像信号制式的扫描线数，即PAL制720625中的625线。前者是水平解像力所具备的清晰度，后者直接就是垂直解像力，也就是我们所说的垂直分辨率。因此，索尼和松下摄录机表示的“水平解像度”多少线，与佳能摄录机表示的“水平解像度”多少线是完全不同的两回事。1.3.3.5 700TVL系列主要有SONY最新EFFIO方案700线产品系列。除了现有的700线ICR日夜型超宽动态、超高解像度、超低照度等产品外，我们后续将会推出全系列机型的700线产品，如红外枪机及半球等等。 1.3.3.6 540TVL（及以下）系列主要有带菜单和ICR的宽动态，低照度，超高解等产品；不同焦距的枪机和半球系列；专用产品系列。65第二章 摄像机功能和性能2.1 低照度摄像机可以在极其微弱的光照下工作的闭路电视摄像机。可以在低于正常视觉响应的光照情况下工作的闭路电视系统。照度是用Lux表示。0Lux表示在没有光线情况下也能拍摄，一般摄像机大都在0Lux或者0.1Lux，照度值的大小是要看镜头的光圈大小（F值），F值越小所需的照度越低。现在的摄像机从0.001Lux到1Lux的都有，众说纷纭，当Lux值在0.001的时候，基本已经达到星光级照度。顾名思义，低照度摄像机是指在较低光照度的条件下仍然可以摄取清晰图像的摄像机，目前CCTV产业的技术规格方面对此并无统一标准，因此也无法定义在最低照度为何值可称其为低照度摄像机。况且最低照度的数值与镜头的光圈大小（F值）、电子灵敏度（ELECTRONIC、SENSITIVITY）、红外线开关状态等条件均有关系，因此需要在相同测试条件下考察摄像机的最低照度。低照度摄像机在市场的演进简单分为以下三步：白天彩色/晚上黑白（COLOR/MONO）；低速快门（SLOW/SHUTTER）及超感度摄像机（EXVIEW HAD）。2.1.1 白天彩色/晚上黑白（昼夜型摄像机COLOR/MONO）此类摄像机目前在市场上仍有其特定的需求群，昼夜型（COLOR/MONO）摄像机是利用黑白图像对红外线感度较高的特点，在一定的光源条件，利用线路切换的方式将图像由彩色转为黑白，以便于搭配红外线。在彩色/黑白线路转换的技术演进过程中，早期像PHILIPS（飞利浦）、IKEGAMI（池上）、日本JVC曾采用2颗SENSOR（1颗彩色、1颗黑白）共用一组电路再行切换，目前此类摄像机已采用单一CCD（彩色）设计，在白天或光源充足时为彩色摄像机，当夜晚降临或光源不足时（一般在1LUX3LUX）即利用数字电路将彩色信号消除掉，成为黑白图像，且为了搭配红外线，亦拿掉了彩色摄像机不可缺的红外线滤除器，此种作法虽可在夜晚达到“低照度”的目的，白天却有图像模糊，色彩不自然的缺点，并且摄像机的摄像距离会受到红外灯照射距离的限制。然而，COLOR/MONO摄像机是否属于“低照度”摄像机，仍相当具争议性，专家指出真正的“低照度摄像机”应指摄像机本身（所采用的元件、技术）可达到的功能，而白天彩色/晚上黑白的摄像机因受限于CCD灵敏度，本身并无法改变，只是利用线路切换及搭配红外光的方式将功能提升，不能算是低照度摄像机。2.1.2 低速快门（SLOW/SHUTTER）此类摄像机又称为（画面）累积型摄像机，是利用电脑记忆体的技术，连续将几个因光线不足而较显模糊的画面累积起来，成为一个图像清晰的画面，运用SLOW SHUTTER技术降低摄像机照度至0.008LUX/F1.2（128），并且画面能够累积的帧数 （128帧）是属于甚至包括进口品牌再内的领先水平。此类型低照度摄像机适用于禁止红、紫外线破坏的博物馆，夜间生物活动观察，夜间军事海岸线监视等，属性较静态场所的监视。此类型的低照度摄像机，大多数为进口品牌价格昂贵，且累积帧数少（32帧）。2.1.3 超感度摄像机（EXVIEW/HAD）超感度摄像机（EXVIEW/HAD），又称24小时摄像机，为98年全世界最热门的机种，其彩色照度可达0.05LUX，黑白则可达0.003-0.001LUX（亦可搭配红外线以达 0LUX）不仅能清晰的辩识图像，更是实时连续的画面。 此类型摄像机主要是采用SONY元件厂于97年所推出的EXVIEW/HAD/CCD（超感 CCD），其运用专利技术将CCD每一像素的开口率提高，进而达到更低照度的要求，由于该CCD的制造成本仍高，在99年统计时全球每个月的总量也还不到4000台；相对的成品制造商要研发此类摄像机的技术门槛也较高。专业人士认为若EXVIEW/HAD/CCD一旦普及，则此类摄像机将会是最具明日之星架势的监视摄像机。2.1.4 最低照度最低照度是用来衡量摄像机在多暗的环境下能看清物体的一个指标，该数字越低，说明摄像机灵敏度越高，性能越好 。国家标准对彩色摄像机亮度灵敏度的特性说明为：“摄像机产生的亮度输出电平为额定电平的一半时，物体的最小照度。” 大华超低照度效果 其他公司低照度效果2.2 宽动态摄像机宽动态摄像机技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色而运用的一种技术。在一些明暗反差过大的场合，一般的摄像机由于CCD的感光特性所限制，摄取的图像往往出现背景过亮或前景太暗的情况。针对这种情况，宽动态技术应运而生，较好地解决了这一问题。宽动态就是为了使场景中特别亮的部位和特别暗的部位同时都能看得特别清楚而应用的技术。宽动态这一技术是同一时间曝光两次，一次快，一次慢，再进行合成使得能够同时看清画面上亮与暗的物体。虽然二者都是为了克服在强背光环境条件下，看清目标而采取的措施，但背光补偿是以牺牲画面的对比度为代价的，所以从某种意义上说，宽动态技术是背光补偿的升级。动态范围表示图像中所包含的从“最暗”至“最亮”的范围。动态范围越大，所能表现的层次越丰富，所包含的色彩空间也越广。当在强光源照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度而成白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。 因为这几乎涵盖了人眼所能分辨的所有动态范围，超过这些档位的动态范围已没有太大的实际意义。人眼之所以能分辨出跨度如此之广的动态范围，是因为人在观察实景时，瞳孔、虹膜、视网膜和相关肌肉会相互作用、动态调整，同时，大脑会将所有“曝光元素”整合为一幅连贯的图像，极其精准地反映出实景中十分明亮或十分暗淡的色调。与人眼相比，对于标准CCD和CMOS图像传感器来说，所有感光单元的曝光(收集光子)时间都是相同的。感光单元对景物明亮部分收集的光子较多，对阴暗部分收集的光子则较少。但是，感光单元能够收集的光子数量却受到阱容量(wellcapacity)的限制，所以捕捉物体较亮色调的感光单元有可能会溢出或饱和。为防止出现这种情况，可以减少曝光时间。但如果这样做，捕捉物体较暗色调的感光单元可能又无法收集到足够多的光子。因此，对于典型的单次曝光的图像传感器，其动态范围的上限受制于感光单元的阱容量，下限则受制于感光单元的信噪比。因此，CCD摄像器件的动态范围是指其输出的饱和电压与暗场下噪声峰-峰电压之比.即:动态范围=Usat/UNp-pUsat为输出饱和电压；UNP-P为噪声的峰-峰值。显然，动态范围也可这样来定义和计算，即由CCD势阱中可存贮的最大电荷量和噪声所决定的电荷量之比；其数值也是输出端的信号峰值电压与均方根噪声电压之比(通常用dB表示)，即动态范围=USp-p/UNp-p(2)式(2)USp-p为输出信号峰值电压。因此，宽动态就是场景中特别亮的部位和特别暗的部位同时都能看得特别清楚，宽动态范围就是图像能分辨最亮的亮度信号值与能分辨的最暗的亮光信号值的比值。确定摄像机成像器的动态范围的方法主要有两种：一种是使用传感器和图像处理器中基本电路的相关信息由上述公式计算得出；另一种是使用灰阶测试卡和实验仪器来收集和观察图像，并测量影像级别的方法得出。 大华超宽动态效果 其他公司宽动态效果2.3 背光补偿常规摄像机视场中的物体在亮度较高的背景光时，需要看门口或窗外的物体，通常采用中央背光补偿(BLC)模式，它主要是靠提升视场中央部分的亮度、降低视场四周部分的亮度来达到看清位于中央位置内物体的目的。背光补偿，也称为逆光补偿，是把画面分成几个不同的区域，每个区域分别曝光。在某些应用场合，视场中可能包含一个很亮的区域，而被包含的主体则处于亮场的包围之中，画面一片昏暗，无层次。此时由于AGC检测到的信号电平并不低，因此放大器的增益很低，不能改进画面主体的明暗度，当引入逆光补偿时，摄像机仅对整个视场的一个子区域进行检测，通过求此区域的平均信号电平来确定AGC电路的工作点。由于子区域的平均电平很低，AGC放大器会有较高的增益，使输出信号的幅值提高，从而使监视器上的主体画明朗，大大降低背景画面与主体画面的主观亮度差，整个视场的可视性得到改善.逆光补偿虽然改善了拍摄主体的亮度，但是图像质量或多或少会劣化下降。 背光补偿关 背光补偿开2.4 强光抑制传统的CCD有动态范围的限制，在采集一幅图像的过程中只对整个图像采样一次，必然会出现对整个图像中明亮的区域过度曝光，或较暗的区域欠曝光的现象，强光抑制的功能就是采用DSP技术，简单意思就是把强光部分弱化，把暗光部分亮化，达到光线平衡。在图像中把强光部分的视频信息通过DSP处理，将视频的信号亮度调整为正常范围，避免同一图像中前后反差太大。强光抑制技术能有效抑制强光点直接照射造成的光晕偏大，视频图像模糊，能自动分辨强光点，并对强光点附近区域进行补偿以获得更清晰的图像。加入强光抑制滤光处理芯片的网络摄像可以有效抑制迎面的强光，在夜间监控道路车辆时，能较清晰的捕捉车辆车牌。适用于收费站、停车场出路口等区域。2.4.1 实现方法2.4.1.1 背光补偿方式（BLC）BLC 方式就是重新指定画面上的测光区域,通过重点测光确保正确曝光,从而避免较暗部分出现剪影现象。具体来说,就是当引入此功能时,摄像机仅对整个视场的一个子区域进行检测,通过求此区域的平均信号电平来确定AGC 电路的工作点,由于子区域的平均电平很低,AGC 放大器会有较高的增益,使输出视频信号的幅值提高,从而使监视器上的主体画面明亮,此时的背景画面会更加明亮,但其与主体画面的主观亮度差会大大降低,整个视场的可视性得到改善。2.4.1.2 白峰反转( H. L. I) 方式白峰反转(H. L. I) 方式是利用摄像机的图像处理功能,对画面上面积小、亮度值高的部分进行反转,防止显示器出现图像保留显现,便于监控人员监控。这种方式适用于在拍摄避光状态或拍摄亮度值差较大的对象时可舍弃高亮度部分画面的情况。2.4.1.3 二次曝光扩展动态范围方式二次曝光扩展动态范围方式的核心是采用了双速CCD 图像传感器,能在同一时间内对摄取的场景分别进行长、短不同时间的曝光,即在1 帧内,使用低速快门拍摄较暗部位的图像,当然,此时高亮度部位饱和,图像变白;同时,使用高速快门对准高亮度部位进行拍摄。将这二个图像存储在存储器里,在DSP 内进行合成,得到一张同时拍出较暗部位和高亮度部位的图像。这种方式下低速与高速快门的速度差将直接影响到动态范围的大小。2.4.1.4 多级采样方式多级采样方式是在最佳的累积时间内以各像素为单位进行拍摄的方式,可有效地解决逆光拍摄所产生的问题,实现真正意义上的宽动态。除以上4种主要方法之外还有一些数字图象处理的算法也可以实现强光抑制。当强光（如车灯）进入监控范围时，摄像机开启PLC（强光抑制）功能，可以降低自动光圈对强光的敏感度，避免光圈快速的闭合，而使得画面快速变暗，达到强光抑制的效果。 强光抑制关 强光抑制开2.5 隐私遮挡在设备监控的范围内，可根据实际情况人为设置某一遮蔽区域，保护此处隐私。譬如在ATM取款机的监控区域里，用户输入密码的地方则需要隐私遮蔽。遮蔽区域可自行定义形状。 隐私遮挡关 隐私遮挡开2.6 白平衡所谓白平衡，就是摄像机对白色物体的还原，它可以校正室内和室外环境的色温。不管是在室内还是室外环境，人眼看见白色仍是白色，这是因为人眼能适应色温的改变。摄像机并不能同样的适应，所以光线发生改变后拍出来的白色就会变色。白平衡技术可以纠正这个问题。摄像机内部有三个电子耦合元件，他们分别感受蓝色、绿色、红色的光线，在预置情况下这三个感光电路电子放大比例是相同的，为：的关系，白平衡的调整就是根据被调校的景物改变了这种比例关系。比如被调校景物的蓝、绿、红色光的比例关系是：（蓝光比例多，色温偏高），那么白平衡调整后的比例关系为：，调整后的电路放大比例中明显蓝的比例减少，增加了绿和红的比例，这样被调校景物通过白平衡调整电路到所拍摄的影像，蓝、绿、红的比例才会相同。也就是说如果被调校的白色偏一点蓝，那么白平衡调整就改变正常的比例关系减弱蓝电路的放大，同时增加绿和红的比例，使所成影像依然为白色。换一个思路来考虑白平衡调整的问题，摄像机在白平衡调整容度之内不会“拒绝”放在镜头前面的被调校景物，就是说镜头可以对着任何景物来调整白平衡。大多情况下使用白色的调白板（卡）来调整白平衡，是因为白色调白板（卡）可最有效地反映环境的色温，其实很多时候某种环境下白板（卡）并不是白色，多多少少会偏一点蓝或其它的颜色，经验丰富的摄像也会利用蓝天来调白平衡，从而得到偏红黄色调的画面。搞清楚白平衡的工作原理之后，再使用的时候就会大胆地尝试不同的效果，丰富了摄像创作。2.7 电子快门电子快门，它实际上并没有“门”，而是利用了CCD感光系统不通电不工作的原理，在CCD不通电的情况下，尽管像场窗口仍然“大敞开”，但是并不能产生图像。CCD只工作“一个指定的时间长短”，就也能获得像有快门“瞬间打开”一样的效果。全电子式快门以机身内的电池作为能源，自动控制测光和曝光。电子快门设置越高，拍摄移动中的物体的边缘会清晰，但低照效果会差； 1/1000s 1/4s说明：用于拍摄快速移动中的物体； 2.8 日夜切换日夜切换是让普通日夜型摄象机晚上和白天分别使用不能的滤光片工作，当白天的光线充分时， CCD还原出真实彩色，当夜间光线不足时，红外截止滤光片自动移开，全光谱光学玻璃开始工作，能够感应晚上红外灯的辅光，使CCD充分利用到所有光线，从而大大提高了红外摄像机的低照性能，整个画面清晰自然。1）电子式日夜切换：采用双通滤光片，摄像机内部程序实现彩色转黑白功能2）机械式日夜切换：采用两块滤光片，日用与夜用分开，由马达或者线圈控制其来回切换，从而达到更好的图像效果。 日模式 夜模式2.9 自动增益为了在监视器观看时，尽可能保持在一定的亮度范围内因此对亮度信号的处理就要用一个放大器，根据情况随时自动控制放大量，这就是所谓的自动增益控制（AGC）。使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制方法。实现这种功能的电路简称AGC(Automatic Gain Control)环。AGC环是闭环电子电路，是一个负反馈系统，它可以分成增益受控放大电路和控制电压形成电路两部分。增益受控放大电路位于正向放大通路，其增益控制电压而改变。控制电压形成电路的基本部件是AGC检波器和低通平滑滤波器，有时也包含门电路和直流放大器等部件。放大电路的输出信号u0经检波并经滤波器除低频调制分量和噪声后，产生用以控制增益受控放大器的电压uc。当输入信号ui增大时，u0和uc亦随之增大。uc增大使放大电路的增益下降，从而使输出信号的变化量显著小于输入信号的变化量，达到自动增益控制的目的。放大电路增益的控制方法有：改变晶体管的直流工作状态，以改变晶体管的电流放大系数。在放大器各级间插入电控衰减器。用电控可变电阻作放大器负载等。AGC有两种控制方式：一种是利用增加AGC电压的方式来减小增益的方式叫正向AGC，一种是利用减小AGC电压的方式来减小增益的方式叫反向AGC所需控制功率小，控制范围也小。 备注：自动增益越高，画面越亮，但是噪点越大！第三章 摄像机技术方案3.1 模拟与数字解决方案技术比较无论说模拟监控系统的解决方案还是数字监控系统的解决方案可以根据建设方对图像监控、显示、录像的不同要求进行选择，理论上说都可以满足实际需要。但由于处理的视频信号源不同、使用的设备不同、系统的结构不同，因此在当前的技术条件和光纤传输的前提下都具有各自优势与缺点。基于模拟监控系统和数字监控系统的特点，同时考虑到将来数字化视频产品的成熟与发展，建议在当前阶段建设的大型监控项目采用模拟与数字相结合的方式，充分发挥各自的优势，为用户提供全新的数字化视频发展所带来的新的功能与服务，而以模拟视频控制处理作为对图像的实时监视与控制。这样无论从图像质量还是使用功能都能满足监控的需要，具有传统模拟系统的稳定性。3.1.1 图像质量由于当前使用的工业摄像机即使是引入了DSP（数字信号处理）技术，也只是将光电转换后的模拟电信号数字化处理增强摄像机的整体性能，如背光补偿、电子快门等，以扩展摄像机的应用范围，输出的还是经过数/模转换后的模拟视频信号。在忽略信号传输恶化前提下，如果直接连接到模拟切换器或监视器将不会有更多的损失，例如一般常用的CCD靶面像素752582的彩色摄像机对应水平460至480线清晰度，无论是监视静止图像还是运动图像，在高于450线清晰度的专业监