视频监控系统基本知识课件

1第二章视频监控系统基本知识

第一节视频监控系统概念与组成第二节图像产生基础知识第三节摄像机基础知识第四节监视器基础知识第五节数字视频压缩基础知识视频监控系统基本知识课件第1页第三节摄像机基础知识摄像机主要传感部件是CCD和CMOS图像传感器。它们作用是对监视区域进行摄像并将其转换成电信号。CCD和CMOS图像传感器工作原理是：被摄物体反射光线，传输到镜头，经镜头聚焦到CCD和CMOS图像传感器芯片上，图像传感器依据光强弱积聚对应电荷，经周期性放电，产生表示一幅幅画面电信号，经过滤波、放大处理，经过摄像头输出端子输出一个标准复合视频信号视频监控系统基本知识课件第2页一、摄像机图像传感器（一）CCD图像传感器CCD电荷耦合器件（ChargeCoupleDevice）是一个金属氧化物半导体（MOS）集成电路器件。它以电荷作为信号，基本功效是进行电荷存放和电荷转移。CCD图像传感器：由CCD电荷耦合器件制成，是固态图像传感器一个，是在MOS集成电路基础上发展起来，能进行图像信息光电转换、存放、延时和按次序传送。视频监控系统基本知识课件第3页一、摄像机图像传感器（一）CCD图像传感器1．电荷耦合器件CCD电荷耦合器件是按一定规律排列MOS电容器组成阵列。在P型或N型硅衬底上生长一层很薄（约1200A）二氧化硅，再在二氧化硅薄层上依次沉积金属或掺杂多晶硅形成电极，称为栅极。该栅极和P型或N型硅衬底就形成了规则MOS电容器阵列。视频监控系统基本知识课件第4页一、摄像机图像传感器（一）CCD图像传感器1．电荷耦合器件每一个MOS电容器实际上就是一个光敏元件。光照射到MOS电容器P型硅衬底上时，会产生电子空穴对（光生电荷），电子被栅极吸引存放在陷阱中。入射光强，则光生电荷多，入射光弱，则光生电荷少。无光照MOS电容器则无光生电荷。若停顿光照，因为陷阱作用，电荷在一定时间内也不会消失，可实现对光照记忆。视频监控系统基本知识课件第5页一、摄像机图像传感器（一）CCD图像传感器1．电荷耦合器件MOS电容器能够被设计成线阵或面阵。一维线阵接收一条光线照射。二维面阵接收一个平面光线照射。CCD摄像机、摄影机使用是二维面阵。CCD电荷耦合器件集成度很高，在一块硅片上制造了紧密排列许多MOS电容器光敏元件。线阵光敏元件数目从256个到4096个或更多。在CCD芯片上同时集成有扫描电路，能在外加时钟脉冲控制下，产生三相时序脉冲信号，由左到右，由上到下将存放在整个面阵光敏元件下面电荷逐位、逐行地以串行模拟信号输出视频监控系统基本知识课件第6页一、摄像机图像传感器（一）CCD图像传感器3．CCD图像传感器应用CCD电荷耦合器件单位面积光敏元件位数很多、一个光敏元件形成一个像素，成像分辨率高、信噪比大、动态范围大，能够在微光下工作。彩色图像传感器采取三个光敏二极管组成一个像素方法。被测景物图像每一个光点由彩色矩阵滤光片分解为红、绿、蓝三个光点，分别照射到每一个像素三个光敏二极管上，各自产生光生电荷分别代表该像素红、绿、蓝三个光点亮度。经输出和传输后，可在显示器上重新组合，显示出每一个像素原始彩色。视频监控系统基本知识课件第7页一、摄像机图像传感器（二）CMOS图像传感器1．CMOS光电转换器件CMOS图像传感器是按一定规律排列互补型金属—氧化物—半导体场效应管组成阵列。CMOS型放大器，如图以E型NMOS场效应管V1作为共源放大管，以E型PMOS场效应管V2、V3组成镜像电流源作为有源负载CMOS型放大器是由NMOS场效应管和PMOS场效应管组合而成互补放大电路，CMOS就叫互补型金属氧化物半导体。视频监控系统基本知识课件第8页一、摄像机图像传感器（二）CMOS图像传感器1．CMOS光电转换器件CMOS型光电变换器件原理。与CMOS型放大器源极相连P型半导体衬底充当光电变换器感光部分。放大器栅源电压uGS=0时，CMOS型放大器处于关闭状态，即iD=0。P型衬底受光信号照射产生并积蓄光生电荷，CMOS型光电变换器件一样有存放电荷功效。当积蓄过程结束，栅源之间加上开启电压时，源极经过漏极负载电阻对外接电容充电形成电流即为光信号转换为电信号

视频监控系统基本知识课件第9页一、摄像机图像传感器（二）CMOS图像传感器2．CMOS图像产生原理利用CMOS型光电变换器件能够做成CMOS图像传感器。CMOS线型图像传感器由光敏二极管和CMOS型放大器阵列以及扫描电路集成在一块芯片上制成。一个光敏二极管和一个CMOS型放大器组成一个像素。光敏二极管阵列在受到光照时，便产生对应于入射光量电荷。扫描电路以时时间间隔轮番给CMOS型放大器阵列各个栅极加上电压，CMOS放大器轮番进入放大状态将光敏二极管阵列光生电荷放大输出。CMOS面型图像传感器则是由光敏二极管和CMOS放大器组成二维像素矩阵，分设水平垂直选址扫描电路水平与垂直选址扫描电路发出扫描脉冲电压，由左到右，由上到下，分别使各个像素CMOS型放大器处于放大状态。二维像素矩阵面上各个像素光敏二极管光生和积蓄电荷依次放大输出视频监控系统基本知识课件第10页二、摄像机工作原理1．黑白CCD摄像机CDS是相关双取样电路（CorrelatedDoubleSampling），CCD每个像素输出波形只在部分时间是图像信号，其余时间内是复位电平和干扰。采取取样保持电路取出图像信号，直到取样下一个像素信号。驱动脉冲产生电路产生CCD传感器所需垂直CCD移位存放器多相时钟驱动信号，水平CCD读出存放器多相时钟驱动信号等各种脉冲信号和视频通道所需箝位和取样脉冲。同时信号产生电路产生行推进、场推进、复合消隐、复协议时等各种电视信号脉冲。信号放大处理电路包含AGC放大、γ校正、白电平限幅、黑电平箝位等电路。叠加电路将经过处理视频信号与复协议时、复合消隐信号叠加成全电视信号。输出驱动电路则将全电视信号进行驱动，适配75Ω电缆。黑白摄像机还会有自动光圈接口、电源同时接口、外同时接口、亮度控制等附加电路。视频监控系统基本知识课件第11页二、摄像机工作原理3．单片彩色CCD摄像机应用电视中所用彩色摄像机都是单片式彩色CCD摄像机。一片CCD传感器对三种基色光感光，单片式彩色CCD摄像机分辨率低，但成本也低。用一个CCD传感器产生R、G、B三种颜色信号，必须用滤色器将光进行分色。单片CCD传感器输出信号为红、绿、蓝混合信号，经过彩色信号分离电路才能分解出红、绿、蓝基色信号。CCD传感器输出信号是由时钟驱动脉冲控制，与时钟脉冲有严格对应关系，取样保持电路中用时钟驱动脉冲形成相位与时钟脉冲一致脉冲取样，分离出对应基色信号视频监控系统基本知识课件第12页13第二章视频监控系统基本知识

第一节视频监控系统概念与组成第二节图像产生基础知识第三节摄像机基础知识第四节监视器基础知识第五节数字视频压缩基础知识视频监控系统基本知识课件第13页第四节监视器基础知识监视器是视频监控系统中最惯用图像显示设备。与摄像机相反，它所完成基本物理变换是电光转换，即把图像信号还原为与原景物图像相同可视图像。监视器与电视接收机有许多共同之处，主要差异在于：监视器设计目标是尽可能逼真地还原图像，而电视机则主要考虑怎样满足人眼视觉效果。监视器通常还含有外同时，欠扫描、逆程显示、A-B显示以及直流恢复、电缆赔偿等功效。视频监控系统基本知识课件第14页一、黑白监视器

经典黑白监视器电路原理框图全电视信号放大后去调制显像管电子束，送同时分离电路分离出复协议时信号，再分离出场和行同时信号，场同时信号去同时由场振荡、场激励和场输出组成场扫描电路行同时信号变换为AFC去同时由行振荡，行激励和行输出组成行扫描电路。K2为同时选择开关，行、场扫描电路会被内、外同时信号所同时。K1为75Ω终接电阻开关，单台和多台监视器显示时，视频输入端接或不接75Ω视频监控系统基本知识课件第15页一、黑白监视器1．视频通道视频通道功效是把输入1Vp-p左右视频信号无失真地放大，使之能够送至显像管调制极（视显像管调制方式是阴极或是栅极），去调制电子束强度。对视频通道电路主要要求是：足够增益，依据不一样调制方式要求有34～46dB增益。足够带宽，为能良好地显示高分辨率摄像机和高质量信号源图像，普通要求有8MHz以上带宽，幅度频率曲线要平坦，以确保良好相频特征。非线性失真要小，因为摄像机已设置校正电路，所以监视器视频通道电路不进行失真处理。要求其非线性失真要尽可能小。调整对比度时只改变视频放大器增益，不影响放大器频率响应。有些监视器视频通道电路还包含DC恢复功效和电缆高频赔偿功效。视频监控系统基本知识课件第16页一、黑白监视器2．同时分离同时分离电路任务是从全电视信号中将场、行同时信号与视频图像信号分开，再依据场、行同时信号脉宽不一样特点，将它们分成场同时脉冲和行同时脉冲，再分别去控制场、行振荡器。为了增强同时分离电路抗干扰能力，均设置干扰脉冲抑制电路。视频监控系统基本知识课件第17页一、黑白监视器3．扫描电路扫描电路基本功效是向行、场偏转线圈提供锯齿波电流，使之产生偏转磁场。场扫描电路场偏转线圈工作频率为50Hz，表现为纯电阻性。场输出电路向其提供锯齿波电压即可。采取多谐振荡器或间歇振荡器产生50Hz锯齿电压，经推进级，供给场偏转线圈。行扫描电路因为行偏转线圈在行频率（15625Hz）时呈电感性，必须向其供给脉冲电压，才能使行偏转线圈中流过锯齿电流。行振荡产生15625Hz脉冲电压经激励电路整形、放大、由输出级供给行偏转线圈，行偏转线圈中就会有锯齿波电流形成。行输出级工作在开关状态，输出管集电极电压波形是逆程脉冲。逆程脉冲经高压变压器升压，整流形成显像管所需高压和中压。同时这里也将行扫描频率采样，反馈至AFC电路。视频监控系统基本知识课件第18页一、黑白监视器4．黑白监视器测试国家制订了黑白监视器通用技术条件，对广播级和通用型监视器要求了各项技术指标。测试项目要求使用专用仪器设备，普通在厂家批量生产过程中进行测试。这里仅介绍几项主要技术指标测试方法。监视器测试在普通自然环境下进行，电视信号发生器和含有20MHz带宽同时示波器是必须具备仪器。全部项目标测试都不需要打开机箱或对内部电路作任何调整。视频监控系统基本知识课件第19页一、黑白监视器（1）水平分辨率水平分辨率表示沿水平方向分解图像细节能力，通常以分辨电视线数表示。进行这项测试要以标准幅度单频率正弦波信号作为监视器输入信号，电视信号发生器设置为单频率正弦波信号，用示波器观察电视信号发生器输出波形如图2-34（a）所表示，将该信号作为监视器输入信号，监视器屏幕将显示出垂直条。逐步升高正弦信号频率，垂直条逐步变细，变多，当频率升至恰好不能分辨垂直细条时，读出正弦波频率，计算水平分辨率：M=80ZZ为正弦波频率，单位为MHz。M为水平分辨率，单位为TVL（电视线）视频监控系统基本知识课件第20页一、黑白监视器（2）亮度判别等级亮度判别等级又称为灰度等级。是指监视器图像从最黑部分到最白部分之间能够区分亮度等级它反应了荧光屏亮度改变范围，也反应了视频通道电路非线性失真。进行该项测试所需信号为十阶梯信号，电视信号发生器设置为10阶梯信号，示波器观察电视信号发生器输出波形将该信号作为监视器输入信号，监视器屏幕将显示由最黑部分到最白部分10个灰度竖直条。调整亮度/对比度旋钮，使屏幕最亮部分与最黑部分亮度之比为25∶1、然后观察图像可分辨灰度条级数，即为亮度判别等级。在实际测试时，能够调整亮度、对比度旋钮，以求最好测试效果。假如说水平分辨率是反应监视器显示图像细节能力，那么灰度等级则反应了监视器显示图像背景层次是否丰富。。

视频监控系统基本知识课件第21页一、黑白监视器（3）光栅几何失真是由偏转系统缺点所造成，它反应了监视器再现图像能力。几何失真普通可分为平行四边形失真，梯形失真，枕形失真和桶形失真，国家标准对它们要求了严格定义和测试方法，照此进行测量是准确。通常人们并不去分别测试和计算这些形式失真，而是采取一个综合评价，给出一个监视器图像几何失真技术指标。详细测试方法是，输入点子或格子信号，然后用测试模板（刻有均匀格子透明薄膜式玻璃）去与之对比，经过点子与格子交叉点偏差量来计量几何失真。视频监控系统基本知识课件第22页一、黑白监视器（4）同时范围是指输入图像信号同时信号能够控制监视器扫描电路频率范围。它反应了监视器能够稳定地显示行（场）频有偏差图像信号能力，包含保持范围和引入范围两项指标，其测量方法如图5-21所表示。测量时，先朝一个方向逐步地改变电视信号发生器行（场）频，使监视器失去同时，这一频率点即为失步点；再由失步点向同时方向逐点调整信号发生器行（场）频，每次都将信号断开，再接入，直到图像刚能自行同时时为止，这么能够得到一高一低两个边界状态，其对应两个频率之间范围就是行（场）同时引入范围。分别向高低两端改变输入标准信号行（场）频率，直至出现同时缺点（图像出现扭曲或滚动）时为止，这两边界状态对应两个频率之间范围就是行（场）同时保持范围。同时保持范围表示监视器同时工作范围，而引入范围则反应了在输入信号切换时能够同时锁定能力。视频监控系统基本知识课件第23页一、黑白监视器有些测试需要打开机箱对视频通道等电路进行测试，普通不进行。采取一台高分辨率摄像机作为视频信号源，也能够对监视器进行初步测试，利用摄像机摄取综合测试卡图像，用示波器测试其输出幅度使之符合标准幅度，调整图像大小与扫描光栅重合，即能够经过观察屏幕显示图像来评价监视器性能，如分辨率（受到摄像机分辨率限定）、灰度等，经过观察四角圆形状，方格均匀性能够初步计算几何失真，调整行（场同时旋钮）能够看出监视器同时能力。主观目测不很严格，但利用对比方法对监视器质量进行主观评价也是很有效和直观。假如有一台已知质量很好监视器，可与它进行图像主观比较。在大多数应用电视系统验收时这些方法都是可行。视频监控系统基本知识课件第24页二、彩色监视器彩色监视器是显示彩色图像视频设备，彩色图像比黑白图像含有更多信息量，在应用电视系统中日益受到重视，得到了广泛应用。通常把彩色监视器分为广播型和通用型。广播型含有良好图像还原性和色度还原性，主要应用于专业场所。通用型作为普通彩色摄像机和家用录像机显示设备，也用为应用电视系统，当前通用型彩色监视器主要是含有视频输入接口彩色收监两用机。三基色原理是彩色电视基本原理，彩色摄像机将景物图像分解成三个基色分量信号，经过编码形成一个全电视信号。彩色监视器将这个全电视信号解码，还原为三个基色分量信号，然后将它们混合（相加混色）生成与原景物图像相同彩色图像。视频监控系统基本知识课件第25页二、彩色监视器1．彩色显像管彩色显像管是彩色监视器心脏，它不但要完成电光转换，还要完成三路基色分量信号混合，这就是说相加混色是在显像管荧光屏实现。荫罩式彩色显像管由荧光屏、荫罩板、电子枪、玻璃外壳和管外组件组成。电子枪作用是发射电子，并使其加速，聚焦成为能够轰击荧光屏电子