安防基础知识视频监控系统的选择与技术说明

安防基础学问-视频监控系统

低照度摄像机的正确相识谓照度？照度（LUX）数值达到多少为低照

度？多少数值能适应摄取影像的四周环境？

照度为一亮度单位，顾名思义，是指摄像机在摄取影像时，对

四周环境照光明度的需求，1LUX大约等于1烛光在1米距离的照度，

我们在摄像机参数规格中常见的最低照度|MINIMUM.ILLUMINATION）,

表示该摄像机只需在所标示的LUX数值下，即能获得清晰的影像画

面，此数值越小越好，说明CCD的灵敏度越高。同样条件下，黑白摄

像机所需的照度远比尚须处理色调浓度的彩色摄像机要低10倍。

一般状况:夏日阳光下为100,000LUX；阴天室外为10000LUX；

室内日光灯为100LUX；距60W台灯60cM桌面为300LUX；电视台演播

室为1000LUX；黄昏室内为10LUX；夜间路灯为0.1LUX；烛光（20CM

远处）10〜15LUX。

目前市场上标榜的低照度摄像机无论是厂商或是进口商,对低

照度的定义众说纷纭，莫衷一是，彩色摄像机从0.0004LUX〜1LUX,

黑白摄像机从0.0003〜0.1LUX均有，（若搭配红外线，则均可达

OLUX）,这就是国内市场在CCTV产业的技术规格方面并无统一标准,

而产生各说各话的状况。

超动态（superdynamic）实际也就是动态展宽。松下公司在

cp450/cp650/bp550等第三代摄象机中均采纳啦该技术，可以有效扩

展ccd感光成像时的动态范围，比一般摄象机提高40倍，从某种意

义上说，超动态技术就是背光补偿的升级。

超动态技术的核心是采纳了新型的双速ccd图象传感器，能

在同一时间对场景进行长短不同时间的曝光，即以标准快门速度读出

并传输标准信号，而以较快的快门速度读出和传输高亮度信号。而后

长短时间曝光信号在专用的图象处理集成电路(mn67352)中进行信

号分别刚好间周期变换并适当合成，冉经适当的加码校止、数摸转换,

从而输出扩展了40倍的动态范围图象。

随后的460进一步改进了超动态技术，此为超动态二代

(superdynamic2)技术，也就是我们俗称的超动态，他的动态

范围比一般高出80倍

其次代超动态仍利用了双速ccd图象传感器并采纳了数字信号

处理技术，长时间曝光(l/50s)可使画面上处于背光的主体图象清

晰可见，短时间曝光(l/2000-l/4000s)则可使画面上强光部分层次

分明而不置曝光过度，然后通过增加的数字处理技术将两副画面中的

图象质量较好的部分加以合成，即可以得到全面清晰的画面。

二代超动态还采纳了独立的age电路和数字拐点电路

(kneecircuit)o二代超动态采纳两组age电路,可以独立

的对长时间曝光信号及短时间曝光信号分别处理并使其最佳化，避开

s/n比降低问题。由于两组age电路具有不同的起控点，因此在摄象

机输出特性曲线上出现了两个拐点。

二代超动态还增加了可辨识的灰度级层次，即:对黑色参考电

平运用阶层式校正电路，并允许最低电平增益值可机动调整，利用正

确的黑色参考电平可使图象更加稳定，也就是说，图象最黑的部分会

呈现应有的黑色。

二代超动态还采纳了先进的数字降噪（dnr）电路、增益调整

电路和数字2r滤波器，可将ccd的感光度提升12db（其中7db由dnr

电路供应），使最低照度改善到081ux。相对于一般摄象机的3-lOOlux

和一代超动态3-30001ux的照度范围，二代达到/0.8-lOOOOlux

CCD摄象机的选择参考

市场上大部分摄像头采纳的是日本S0NY、SHARP、松下、LG等

公司生产的芯片，现在韩国也有实力生产，但质量就要稍差一点点。

因为芯片生产时产生不同等级，各厂家获得途径不同等缘由，造成

CCD采集效果也大不相同。在购买时，可以实行如下方法检测：接通

电源，连接视频电缆到监视器，关闭镜头光圈，看图像全黑时是否有

亮点，屏幕上雪花大不大，这些是检测CCD芯片最简洁干脆的方法，

而且不须要其它专用仪器。然后可以打开光圈，看一个静物，假如是

彩色摄像头，最好摄取一个色调艳丽的物体，查看监视器上的图像是

否偏色，扭曲，色调或灰度是否平滑。好的CCD可以很好的还原景物

的色调，使物体看起来清晰自然；而残次品的图像就会有偏色现象，

即使面对一张白纸，图像也会显示蓝色或红色。个别CCD由于生产车

间的灰尘，CCD靶面上会有杂质，在一般状况下，杂质不会影响图像,

但在弱光或显微摄像时，细小的灰尘也会造成不良的后果，假如用于

此类工作，肯定要细致选择。

电WSW口

摄像机镜头是视频监视系统的最关键设备，它的质量（指标）优劣干

脆影响摄像机的整机指标，因此，摄像机镜头的选择是否恰当既关系

到系统质量，又关系到工程造价。

镜头相当于人眼的晶状体，假如没有晶状体，人眼看不到任何物体；

假如没有镜头，则摄像头所输出的图像就是白茫茫的一片，没有清晰

的图像输出，这与我们家用摄像机和照相矶的原理是一样的。当人

眼的肌肉无法将晶状体拉伸至正常位置时，也就是人们常说的近视

眼，眼前的景物就变得模糊不清；摄像头与镜头的协作也有类似现象,

当图像变得不清晰时，可以调整摄像头的后焦点，变更CCD芯片与镜

头基准面的距离（相当于调整人眼晶状体的位置），可以将模糊的图

像变得清晰。由此可见，镜头在闭路监控系统中的作用是特别重要的。

工程设计人员和施工人员都要常常与镜头打交道：设计人员要依据物

距、成像大小计算镜头焦距，施工人员常常进行现场调试，其中一部

分就是把镜头调整到最佳状态。

1、镜头的分类

按外形功能分按尺寸大小分按光圈分按变焦类型

分按焦距长矩分

球面镜头1"25mm自动光圈电动变焦长焦距

镜头

非球面镜头1/2"3mm手动光圈手动变焦标准

镜头

针孔镜头"3"8.5mm固定光圈固定焦距广角

镜头

鱼眼镜头2/3”17mm

(1)以镜头安装分类：全部的摄象机镜头均是螺纹口的，CCD摄

象机的镜头安装有两种工业标准，即C安装座和CS安装座。两者螺

纹部分相同，但两者从镜头到感光表面的距离不同。C安装座：从

镜头安装基准面到焦点的距离是17.526mm。CS安装座：特种C安

装，此时应将摄象机前部的垫圈取下再安装镜头。其镜头安装基准面

到焦点的距离是12.5mm。假如要将一个C安装座镜头安装到一个C

S安装座摄象机上时，则须要运用镜头转爽器。

(2)以摄象机镜头规格分类：摄象机镜头规格应视摄象机的CCD

尺寸而定，两者应相对应。即摄象机的CCD靶面大小为1/2英

寸时，镜头应选1/2英寸。摄象机的CCD靶面大小为1/3英

寸时，镜头应选1/3英寸。摄象机的CCD靶面大小为1/4英

寸时，镜头应选1/4英寸。假如镜头尺寸与摄象机CCD靶面尺

寸不一样时，视察角度将不符合设计要求，或者发生画面在焦点以外

等问题。

(3)以镜头光圈分类：镜头有手动光圈(manualiris)和自动光

圈(autoiris)之分，协作摄象机运用，手动光圈镜头适合于亮度

不变的应用场合，自动光圈镜头因亮度变更时其光圈亦作自动调整，

故适用亮度变更的场合。自动光圈镜头有两类：一类是将一个视频信

号及电源从摄象机输送到透镜来限制镜头上的光圈，称为视频输入

型，另一类则利用摄象机上的直流电压来干脆限制光圈，称为DC输

入型。自动光圈镜头上的ALC(自动镜头限制)调整用于设定测

光系统，可以整个画面的平均亮度，也可以画面中最亮部分（峰值）

来设定基准信号强度，供应自动光圈调整运用。一般而言，ALC已

在出厂时经过设定，可不作调整，但是对于拍摄景物中包含有一个亮

度极高的目标时，光明目标物之影像可能会造成〃白电平削波〃现象，

而使得全部屏幕变成白色，此时可以调整ALC来变换网面。另外,

自动光圈镜头装有光圈环，转动光圈环时，通过镜头的光通量会发生

变更，光通量即光圈，一般用F表示，其取值为镜头焦距与镜头通光

口径之比，即：F=f（焦距）/D（镜头实际有效口径）,F值越

小，则光圈越大。采纳自动光圈镜头，对于下列应用状况是志向的

选择，它们是：在诸如太阳光直射等特别亮的状况下，用自动光圈

镜头可有较宽的动态范围。要求在整个视野有良好的聚焦时，用自

动光圈镜头有比固定光圈镜头更大的景深。要求在亮光上因光信号

导致的模糊最小时，应运用自动光圈镜头。

（4）以镜头的视场大小分类：标准镜头：视角30度左右，在1/

2英寸CCD摄象机中，标准镜头焦距定为12mm,在1/3英寸C

CD摄象机中，标准镜头焦距定为8nim。广角镜头：视角90度以

上，焦距可小于几毫米，可供应较宽广的视景。远摄镜头：视角2

0度以内，焦距可达几米甚至几十米，此镜头可在远距离状况下将拍

摄的物体影响放大，但使视察范围变小。变倍镜头（zoomlens）：

也称为伸缩镜头，有手动变倍镜头和电动变倍镜头两类。可变焦点

镜头（vari-focuslens）：它介于标准镜头与广角镜头之间，焦距

连续可变，即可将远距离物体放大，同时又可供应一个宽广视景，使

监视范围增加。变焦镜头可通过设置自动聚焦于最小焦距和最大焦距

两个位置，但是从最小焦距到最大焦距之间的聚焦，则需通过手动聚

焦实现。针孔镜头：镜头直径几毫米，可隐藏安装。

(5)从镜头焦距上分短焦距镜头：因入射角较宽，可供应一个较

宽广的视野。中焦距镜头：标准镜头，焦距的长度视CCD的尺寸

而定。长焦距镜头：因入射角较狭窄，故仅能供应狭窄视景，适用

于长距离监视。变焦距镜头：通常为电动式，可作广角、标准或远

望等镜头运用。

1)定焦距：焦距固定不变，可分为有光圈和无光圈两种。

•有光圈:镜头光圈的大小可以调整。依据环境光照的变更,

应相应调整光圈的大小。光圈的大小可以通过手动或自动调整。人为

手工调整光圈的，称为手动光圈；镜头自带微型电机自动调整光圈的,

称为自动光圈。

・无光圈:即定光圈，其通光量是固定不变的。主要用光源恒

定或摄像机自带电子快门的状况。

2)变焦距：焦距可以依据须要进行调整，使被摄物体的

图像放大或缩小。

常用的变焦镜头为六倍、十倍变焦。

三可变镜头：可调焦距、温聚焦、调光圈。

二可变镜头：可调焦距、-凋聚焦、自动光圈。

注释：

变焦镜头一焦平面的位置固定，而焦路可连续调整的光学

系统。变焦是通过移动镜头内部的镜片，变更它们之间的相对位置而

实现的。这样就可以在肯定范围内变更镜头的焦距长度和视角。

焦距一透镜中心或其其次主平面到图像聚集点处的距

离。单位一般为毫米或英寸。

光圈一位于摄像机镜头内部分的、可以调整的光学机械性

阑也，可用来限制通过镜头的光线的多少。

自动光圈一镜头内的隔膜装置，可依据电视摄像机传来的

视频信号自行调整，以适应光照强度的变更。光圈隔膜通过打开或关

闭光圈来限制通过镜头传送的光线。典型的补偿范围是10000T到

300000-1o

2、选择镜头的技术依据

（1）镜头的成像尺寸应与摄象机CCD靶面尺寸相一样，如前所

述，有1英寸、2/3英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸、

1/5英寸等规格。

（2）镜头的辨别率描述镜头成像质量的内在指标是镜头的光学传

递函数与畸变，但对拥护而言，须要了解的仅仅是镜头的空间辨别率,

以每毫米能够辨别的黑白条纹数为计量单位，计算公式为：镜头辨别

率N=180/画幅格式的高度。由于摄象机CCD靶面大小已经标

准化，如1/2英寸摄象机，其靶面为宽6.4mm*高4.8mm,1/3

英寸摄象机为宽4.8mm*高3.6mm。因此对1/2英寸格式的CCD

靶面，镜头的最低辨别率应为38对线/nun,对1/3英寸格式摄象

机，镜头的辨别率应大于50对线，摄象机的靶面越小，对镜头的辨

别率越高。

(3)镜头焦距与视野角度首先依据摄象机到被监控目标的距离，

选择镜头的焦距，镜头焦距f确定后，则由摄象机靶面确定了视

野。

(4)光圈或通光量镜头的通光量以镜头的焦距和通光孔径的比值

来衡量，以F为标记，每个镜头上均标有其最大的F值，通光量与F

值的平方成反比关系，F值越小，则光圈越大。所以应依据被监控部

分的光线变更程度来选择用手动光圈还是用自动光圈镜头。

3、变焦镜头(zocmlens)变焦镜头有手动伸缩镜头和自动伸缩镜

头两大类。伸缩镜头由于在一个镜头内能够使镜头焦距在肯定范围内

变更，因此可以使被监控的目标放大或缩小，所以也常被成为变倍镜

头。典型的光学放大规格有6倍(6.0~36mm,F1.2)、8倍

(4.5~36mm,Fl.6)、10倍(8.0"80mm,Fl.2)、12倍

(6.0〜72mm,FL2)、20倍(10"200mm,Fl.2)等档次，并以电动伸

缩镜头应用最普遍。为增大放大倍数，除光学放大外还可施以电子数

码放大。在电动伸缩镜头中，光圈的调整有三种，即：自动光圈、

直流驱动自动光圈、电动调整光圈。其聚焦和变倍的调整，则只有电

动调整和预置两种，电动调整是由镜头内的马达驱动，而预置则是通

过镜头内的电位计预先设置调整停止位，这样可以免除成像必需逐次

调整的过程，可精确与快速定位。在球形罩一体化摄像系统中，大部

分采纳带预置位的伸缩镜头。另一项令用户感爱好的则是快

速聚焦功能，它由测焦系统与电动变焦反馈限制系统构成。

4、镜头与摄像机CCD尺寸的关系1/2〃镜头既可用于1/2〃摄像

机，也可用于1/3〃摄像机，但视角会削减25%左右。1/3〃镜头不能用

于1/2〃摄像机，只能用于1/3〃摄像机。

5、不同种类镜头的应用范围

*手动、自动光圈镜头的应用范围手动光圈镜头是的最简洁的镜头,

适用于光照条件相对稳定的条件下，手动光圈由数片金属薄片构成。

光通量靠镜头外径上的一个环调整。旋转此圈可使光圈收小或放大。

在照明条件变更大的环境中或不是用来监视某个固定目标，应采纳自

动光圈镜头，比如在户外或人工照明常常开关的地方，自动光圈镜头

的光圈的动作由马达驱动，马达受控于摄像机的视频信号。手动光

圈镜头和自动光圈镜头乂有定焦距（光圈）镜头自动光圈镜头和电动

变焦距镜头之分。

*定焦距（光圈）镜头，一般与电子快门摄像机配套，适用于室内监

视某个固定目标的场所作用。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。中焦距镜头是焦距与成像尺寸相近的镜

头；焦距小于成像尺寸的称为短距镜头，短焦距镜头又称广角镜头，

该镜头的焦距通常是28mm以下的镜头，短焦距镜头主要用于环境照

明条件差，监视范围要求宽的场合，焦距大于成像尺寸的称为长焦距

镜头，长焦距镜头又称望远镜头，这类镜头的焦距一般在150mm以上,

主要用于监视较远处的景物。

*手动光圈镜头，可与电子快门摄像机配套，在各种光线下均可运

用O

*自动光圈镜头，(EF)可与任何CCD摄像机配套，在各种光线下均

可运用，特殊用于被监视表面亮度变更大、范围较大的场所。为了避

开引起光晕现象和烧坏靶面，一般都配自动光圈镜头。

*电动变焦距镜头，可与任何CCD摄像机配套，在各种光线下均可运

用，变焦距镜头是通过遥控装置来进行光对焦，光圈升度，变更焦距

大小的。

6、镜头的主要性能指标有以下几个：

(1)焦距：焦距的大小确定着视场角的大小，焦距数值小，视场角

大，所视察的范围也大，但距离远的物体辨别不很清晰；焦距数值大,

视场角小，视察范围小，只要焦距选择合适，即便距离很远的物体也

可以看得清清晰楚。由于焦距和视场角是一一对应的，一个确定的焦

距就意味着一个确定的视场角，所以在选择镜头焦距时，应当充分考

虑是观测细微环节重要，还是有一个大的观测范围重要，假如要看细

微环节，就选择长焦距镜头；假如看近距离大场面，就选择小焦距的

广角镜头。

(2)光阑系数：即光通量，用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的

比值来衡量。每个镜头上都标有最大F值，例如6mm/FL4代表最大

孔径为4.29亳米。光通量与F值的平方成反比关系，F值越小，光

通量越大。镜头上光圈指数序列的标值为L4,2,2.8,4,5.6,8,

11,16,22等，其规律是前一个标值时的曝光量正好是后一个标值

对应曝光量的2倍。也就是说镜头的通光孔径分别是1/1.4,1/2,

1/2.8,1/4,1/5.6,1/8,1/11,1/16,1/22,前一数值是后一数值

的根号2倍，因此光圈指数越小，则通光孔径越大，成像靶面上的照

度也就越大。另外镜头的光圈还有手动(MANUALTRIS)和自动光圈

(AUTOIRIS)之分。协作摄像头运用，手动光圈适合亮度变更不大

的场合，它的进光量通过镜头上的光圈环调整，一次性调整合适为止。

自动光圈镜头会随着光线的变史而自动调整，用力室外、入口等光线

变更大且常见的场合。

(3)自动光圈镜头：自动光圈镜头目前分为两类：一类称为视频

(VIDEO)驱动型，镜头本身包含放大器电路，用以将摄像头传来的

视频幅度信号转换成对光圈马达的限制。另一类称为直流(DC)驱动

型，利用摄像头上的直流电压来干脆限制光圈。这种镜头只包含电流

计式光圈马达，要求摄像头内有放大器电路。对于各类自动光圈镜头,

通常还有两项可调整旋钮，一是ALC调整(测光调整)，有以峰值测

光和依据目标发光条件平均测光两种选择，一般取平均测光档；另一

个是LEVEL调整(灵敏度)，可将输出图像变得光明或者暗淡。

(4)变倍镜头：变倍镜头分为手动(MANUALZOOMLENS)和电动(AUTO

ZOOMLENS)两种，手动变倍镜头一般用于科研项目而不用在闭路监

视系统中。在监控很大的场面时，摄像头通常要协作电动镜头和云台

运用。电动镜头的好处是变焦范围大，既可以看大范围的状况，也可

以聚焦某个细微环节，再加上云台可以上下左右的转动，可视范围就

特别大了。电动镜头有6倍、10倍、15倍、20倍等多种倍率，假如

再知道基准焦距，就可以确定镜头焦距的可变范围。例如一个6倍电

动镜头，基准焦距为8.5毫米，则其变焦范围就是8.5到51毫米连

续可调，视场角为31.3到5.5度。电动镜头的限制电压一般是直流

8V16V,最大电流为30毫安。所以在选限制器时，要充分考虑传输

线缆长度，假如距离太远，线路产生的电压下降会导致镜头无法限制，

必需提高输入限制电压或更换视频矩阵主机协作解码器限制。

选配镜头原则：

为了获得预期的摄像效果，在选配镜头时,应着重留意六

个基本要素：

A）被摄物体的大小

B）被摄物体的细微环节尺寸

0物距

D）焦距

E）CCD摄像机靶面的尺寸

F）镜头及摄像系统的辨别率

焦距的计算：公式计算法：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，镜头焦头及所要求

的成像大小确定的。1、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/W2、f=hL/h

f;镜头焦距

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

L：被摄物体至镜头的距离

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

H：被摄物体的高度

ccd靶面规格尺寸：单位mm规珞

规格1/3〃1/2〃2/3〃r

W4.86.48.812.7

H3.64.86.69.6镜头后截

距的调整

焦镜头后截距的调整

运用摄像机自动电子快门功能，将镜头光圈调到最大，镜头聚焦环按

景物实际距离调整，然后调整镜头后截距直至图像最清晰。变

焦镜头后截距的调整1.打开摄像机自动电子快门功能。

2.用限制器将镜头光圈调到最大。

3.将摄像机对准30米以外的物体，聚焦调至无穷远处（大部分镜头

是面对镜头面的聚焦调整环顺时针旋转到头）。

4.用限制器调整镜头变焦将景物推至最远，调整镜头后截距使景物

最清晰。

5.用限制器调整镜头变焦将景物拉至最近，微调镜头聚焦使景物最

清晰。

6.重复4〜5步数遍，直至景物在镜头变焦过程中始终清晰。

监控图象传输方式分析

在监控系统中，监控图象的传输是整个系统的一个至关重要的环节,

选择何种介质和设备传送图象和其它限制信号将干脆关系到监控系

统的质量和牢靠性。目前，在监控系统中用来传输图象信号的介质主

要有同轴电缆、双绞线和光纤，对应的传输设备分别是同轴视频放大

器、双绞线视频传输设备和光端机。要组建一个高质量的监控网络，

就必需搞清晰这三种主要传输方式的特点和运用环境，以便针对实际

工程须要实行合适的传输介质和设备。

1同轴电缆和同轴视频放大器

一提起图象传输,人们首先总会想起同轴电缆,因为同轴电缆是

较早运用，也是运用时间最长的传输方式C同时，同轴电缆具有价格

较便宜、铺设较便利的优点，所以，一般在小范围的监控系统中，由

于传输距离很近，运用同轴电缆干脆传送监控图象对图象质量的损伤

不大，能满意实际要求。

但是，依据对同轴电缆自身特性的分析，当信号在同轴电缆内传

输时其受到的衰减与传输距离和信号本身的频率有关。一般来讲，信

号频率越高，衰减越大。视频信号的带宽很大，达到6MHz,并且，

图象的色调部分被调制在频率高端，这样，视频信号在同轴电缆内传

输时不仅信号整体幅度受到衰减，而且各频率重量衰减量相差很大，

特殊是色调部分衰减最大。

所以，同轴电缆只适合于近距离传输图象信号，当传输距离达到200

米左右时，图象质量将会明显下降，特殊是色调变得暗淡，有失真感。

在工程实际中，为了延长传输距离，要运用同轴放大器。同轴放

大器对视频信号具有肯定的放大，并且还能通过均衡调整对不同频率

成分分别进行不同大小的补偿，以使接收端输出的视频信号失真尽量

小。但是，同轴放大器并不能无限制级联，一般在一个点到点系统中

同轴放大器最多只能级联2到3个，否则无法保证视频传输质量，并

且调整起来也很困难。因此，在监控系统中运用同轴电缆时，为了保

证有较好的图象质量，一般将传输距离范围限制在四、五白米左

右。

另外，同轴电缆在监控系统中传输图象信号还存在着一些缺

点：

1）、同轴电缆本身受气候变更影响大，图象质量受到肯定影响；

2）、同轴电缆较粗，在密集监控应用时布线不太便利；

3）、同轴电缆一般只能传视频信号，假如系统中须要同时传输限制

数据、音频等信号时，则须要另外布线；

4）、同轴电缆抗干扰实力有限，无法应用于强干扰环境；

5）、同轴放大器还存在着调整困难的缺点。

2双绞线和双绞线视频传输设备

由于传统的同轴电缆监控系统存在着一些缺点，特殊是传输距离

受到限制，所以寻求一种经济、传输质量高、传输距离远的解决方案

特别必要。早期，在传输距离超过五、六百米的监控系统中一般运用

多模光纤和多模光端机，这虽然解决了远距离传输的问题，但是系统

造价增加了很多，并且，光纤的施工困难，须要专业人员和专用设备。

所以，对这种距离不是太远的监控系统而言，运用光纤和光端机还是

显得不够经济。

最近，出现了一种双绞线视频传输设备，通过运用此种设备,

可以将双绞线应用于监控图象传输，它很好地解决了上面的难题，在

今后的监控系统中必将被大量运用。

其实，双绞线的运用由来已久，电话传输运用的就是双绞线,

在很多工业限制系统中和干扰较大的场所以及远距离传输中都运用

了双绞线，我们今日广泛运用的局域网也是运用双绞线对。双绞线之

所以运用如此广泛，是因为它具有抗干扰实力强、传输距离远、布线

简洁、价格低廉等很多优点。由于双绞线对信号也存在着较大的衰减,

所以传输距离远时，信号的频率不能太高，而高速信号比如以太网则

只能限制在100m以内。对于视频信号而言，带宽达到6MHz,假如干

脆在双绞线内传输，也会衰减很大，在传输距离为150m左右时视频

信号的衰减曲线如下图所示。

因此,视频信号在双绞线上要实现远距离传输,必需进行放大和

补偿，双绞线视频传输设备就是完成这种功能。加上一对双绞线视频

收发设备后，可以将图象传输到1至2km,假如采纳中继方式，还可

以成倍增加传输距离，而且，传输图象的质量可以与光端机媲美,双

绞线和双绞线视频传输设备价格都很便宜，不但没有增加系统造价，

反而在距离增加时其造价与同轴电缆相比下降了很多。所以，监控系

统中用双绞线进行传输具有明显的优势：

1）传输距离远、传输质量高。由于在双绞线收发器中采纳了先进的

处理技术，极好地补偿了双绞线对视频信号幅度的衰减以及不同频率

间的衰减差，保持了原始图象的亮度和色调以及实时性，在传输距离

达到1km或更远时，图象信号基本无失真c假如采纳中继方式，传输

距离会更远。

2）布线便利、线缆利用率高。一对一般电话线就可以用来传送视频

信号。另外，楼宇大厦内广泛铺设的5类非屏蔽双绞线中任取一对就

可以传送一路视须信号，无须另外布线，即使是重新布线，5类缆也

比同轴缆简洁。此外，一根5类缆内有4对双绞线，假如运用一对线

传送视频信号，另外的几对线还可以用来传输音频信号、限制信号、

供电电源或其它信号，提高了线缆利用率，同时避开了各种信号单独

布线带来的麻烦，削减了工程造价。

3）抗干扰实力强。双绞线能有效抑制共模干扰，即使在强干扰环境

下，双绞线也能传送极好的图象信号。而且，运用一根缆内的儿对双

绞线分别传送不同的信号，相互之间不会发生干扰。

4）牢靠性高、运用便利。利用双绞线传输视频信号，在前端要接入

专用放射机，在限制中心要接入专用接收机。这种双绞线传输设备价

格便宜，运用起来也很简洁，无需专业学问，也无太多的操作，一次

安装，长期稳定工作。

5）价格便宜，取材便利。由于运用的是目前广泛运用的一般5类非

屏蔽电缆或一般电话线，购买简洁，而且价格也很便宜，给工程应用

带来极大的便利。

3光纤和光端机

光纤和光端机应用在监控领域里主要是为了解决两个问题:一

是传输距离，一是环境干扰。双绞线和同轴电缆只能解决短距离、小

范围内的监控图象传输问题，假如须要传输数公里甚至上百公里距离

的图象信号则须要采纳光纤传输方式。另外，对一些超强干扰场所，

为了不受环境干扰影响，也要采纳光纤传输方式。因为光纤具有传输

带宽宽、容量大、不受电磁干扰、受外界环境影响小等诸多优点，一

根光纤就可以传送监控系统中须要的全部信号，传输距离可以达到上

百公里。光端机可以供应一路和多路图象接口，还可以供应双向音频

接口、一路和多路各种类型的双向数据接口（包括RS232、RS485、

以太网等），将它们集成到一根光纤上传输。光端机为监控系统供应

了敏捷的传输和组网方式，信号质量好、稳定性高。近些年来，由于

光纤通信技术的飞速发展，光纤和光器件的价格下降很快，使得光纤

监控系统的造价大幅降低，所以光纤和光端机在监控系统中的应用越

来越普及。

光纤分为多模光纤和单模光纤两种。多模光纤由于色散和衰耗较

大，其最大传输距离一般不能超过5Km,所以，除了从前已经铺好了

多模光纤的地方外，在新建的工程中一般不再运用多模光纤，而主要

运用单模光纤。

光纤中传输监控信号要运用光端机，它的作用主要就是实现电-

光和光-电转换。光端机又分为模拟光端机和数字光端机：

1）模拟光端机

模拟光端机采纳了PFM调制技术实时传输图象信号，是目前运用

较多的一种。放射端将模拟视频信号先进行PFM调制后，再进行电-

光转换，光信号传到接收端后，进行光-电转换，然后进行PFM解调,

复原出视频信号。由于采纳了PFM调制技术，其传输距离很简洁就能

达到30Km左右，有些产品的传输距离可以达到60Km,甚至上百公

里。并且，图象信号经过传输后失真很小，具有很高的信噪比和很小

的非线性失真。通过运用波分复用技术，还可以在一根光纤上实现图

象和数据信号的双向传输，满意监控工程的实际需求。不过，这种模

拟光端机也存在一些缺点：

a）生产调试较困难.；

b）单根光纤实现多路图象传输较困难，性能会下降，目前这种模拟

光端机一般只能做到单根光纤上传输4路图象；

c）由于采纳的是模拟调制解调技术，其稳定性不够高，随着运用时

间的增加或环境特

性的变更，光端机的性能也会发生变更，给工程运用带来一些不

便。

2）数字光端机

由于数字技术与传统的模拟技术相比在很多方面都具有明显的

优势，所以正如数字技术在很多领域取代了模拟技术一样，光端机的

数字化也是一种必定趋势。目前，数字图象光端机主要有两种技术方

式：一种是MPEGH图象压缩数字光端机，另一种是非压缩数字图象

光端机。

图象压缩数字光端机一般采纳MPEGII图象压缩技术，它能将活动图

象压缩成NX2Mbps的数据流通过标准电信通信接口传输或者干脆通

过光纤传输。由于采纳了图象压缩技术，它能大大降低信号传输带宽,

以利于占用较少的资源就能传送图象信号。同时，由于采纳了

NX2Mbps的标准接口，可以利用现有的电信传输设备的富有通道传

输监控图象，为工程应用带来了便利。不过，图象压缩数字光端机也

有其固有的缺点。其致命的弱点就是不能保证图象传输的实时性。因

为图象压缩与解压缩须要肯定的时间，所以一般会对所传输的图象产

生2s的延时。因此，这种设备只适合于用在对实时性要求不高

的场所，在工程运用上受到一些限制。另外，经过压缩后图象会产生

肯定的失真，并且这种光端机的价格也偏高。

非压缩数字图象光端机的原理就是将模拟视频信号进行A/D

变换后和语音、音频、数据等信号进行复接，再通过光纤传输。它用

高的数据速率来保证视频信号的传输质量和实时性，由于光纤的带宽

特别大，所以这种高数据速率也并没有对传输通道提出过高要求。非

压缩数字图象光端机能供应很好的图象传输质量（如武汉微创光电技

术有限公司的非压缩数字光端机信噪比大于60dB,微分相位失真小

于2。，微分增益失真小于2%）,达到了广播级的传输质量，并且图

象传输是全实时的。由于采纳数字化技术，在设备中可以利用已经很

成熟的通信技术比如复接技术、光收发技术等，提高了设备的牢靠性,

也降低了成木。非压缩数字图象光端机的优势体现在：

a）采纳了数字化技术，极大提高了图象传输质量；

b）数字化技术和大规模集成电路的运用，保证了设备工作的稳定性

和牢靠性，克服了模拟光端机的弊病；

c）不会产生传输延时，保证了监控图象的实时性；

d）可以便利地将多路图象和音频、数据等多种信号集成在一起通过

一根光纤传输，目前，这种非压缩数字图象光端机可以做到在单方向

传输几十路、甚至上百路图象（比如武汉微创光电技术有限公司的非

压缩数字光端机可以在单纤上传输64路图象）。

数字图象光端机的技术含量高，其在监控工程中的运用时间还不

长，目前大都用在多路图象传输方面，主要缘由在于目前能够供应这

种光端机的厂家还不多，价格相对模拟光端机而言也略微偏高。不过,

由于数字图象光端机特殊是非压缩数字图象光端机的突出优势，再加

上大量运用后会降低成本，模拟光端机必将很快被数字图象光端机所

取代。

4结束语

传送图象监控信号除了以上介绍的三种主要方式外，也有些工程

中采纳了点到点无线传输方式以及有线电视上采纳的多路副载波复

用射频传输方式。无线传输受环境和气候影响太大，工作不稳定，而

且设备安装调整困难；多路副载波复用射频传输方式须要的设备多，

稳定性不高，图象质量较差，设备安装调整也很困难。所以，这两种

设备运用得很少，也不举荐用户运用。对于同轴电缆、双绞线和光纤

三种传输方式，用户可以依据工程实际状况选用。一般来说，距离在

二、三百米以内，并且无环境干扰、布线空间大的场所，可以考虑运

用电缆；当传输距离在两公里以内，或者环境干扰大、布线要求紧凑

的场所，建议运用双绞线；距离达到几公里或更远时，光纤就是必定

选择了。当然，工程实际中，不少用户不管距离远近，在同一个工程

中统统运用光纤，或者在距离较近的工程中统统运用双绞线，这完全

由工程的实际须要确定。

初学者举荐-光学名词中英文比照

光圈（Iris）：位于摄像机镜头内部的、可以调整的光学机械性阑孔，

可用来限制通过镜头的光线的多少。

可变光圈（Irisdiaphragm）：镜头内部用来限制阑孔大小的机械装

置。或指用来打开或关闭镜头阑孔，从而调整镜头的f-stop的装置。

隔离放大器（Isolationamplifier）：输入和输出电路经过特殊设计,

可以避开两者相互影响的放大器。

抖动（现象）（Jitter）：由于机械干扰或电源电压、元器件特性等的变

更所引起的信号不稳定，信号的不稳定可能是振幅上的或是相位上

的，也可能两者兼有。

滞后（Lag）：电视拾像管中，去除励磁后，两帧或多帧图像的电荷映

像的短暂停留。

激光（Laser）：Lightamplificationbystimulatedemissionof

radiation的缩写。激光器是一个光学谐振腔，两端装有平面镜或球

面镜，中间装有光放大材料。它运用光学或电学的方法激发其中的材

料，使材料的原子受激发产生一束亮光，亮光透过其一端的镜面放射

出来。

输出的光束是高度单色（纯色）和非扩散性的。

前缘（Leadingedge）：脉冲上升部分的主部，其位置一般位于总振幅

的10—9096处。

镜头(Lens)：由一片或多片弧面(通常为球面)光学玻璃组成的透亮

光学部件。它可以用来聚集或分散被摄物发出的光，从而生成被摄物

的实像或虚像。

透镜，菲涅耳~(Lens,fresnel)：被切割成窄环状再打平的镜头。镜

头上有一圈圈的窄同心圆或梯级，它们可以将(各个方向射来的)光

线汇聚成图像。

镜头速度(Lensspeed/f-number)：镜头的透光实力。F值是焦距

(FL)与镜头直径的比值。比较快的镜头的值可能是f/1.4,而f/

8的镜头其速度就相当低了。f值越大，镜头的速度越慢。

透镜系统(Lenssystem)：指两个或多个透镜的有机组合。

光(Light)：眼睛可以看到的电磁射线，波长在400nm(蓝色)到750nm

(红色)的范围内。

有限辨别率(Limitingresolution)：辨别率的度量方法，通常用每

幅电视图像中测试图样上可辨别的电视线的条数来表示。

线路放大器(Lineamplifier)：用于驱动传输线的音频或视频信号放

大器。安装在主电缆的中间位置，用于削减损耗的放大器(通常为宽

带型的)。

线性(Linearity)：输出信号随输入信号的变更而干脆或按比例变更

的现象。

线对(Linepairs)：定义电视清晰度所用的术语。一个电视线对一条

黑线和一条白线组成。525线NTSC制的画面中共有485个线对。

负载(load)：承受设备所输出的能量的部件。

损耗(loss)：信号可平或强度的削减，通常用分贝表示。也指没有实

际用途的功率耗散。

低频失真(Low-frequencydisortion)：低频率下发生的失真现象。

电视系统中一般指15.75kHz以下的频率。

低照度摄像机，低照度电视(Lowlightlevel/LLLcameraand

television)：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状况下工作的闭路电视系统。

流明(Lumen/Ini)：光通量的单位。相当于一烛光的匀称点辐射源穿

过一个立体角(球面)的通量，也相当于一烛光的匀称点辐射源等距

的全部点所在的表面上的光通量。

照度(Luminance)：从同一方向看，在给定方向上的任何表面的每单

位投影面积上的光照强度(光度)。单位为英尺朗伯。亮度信号

(Luminancesignal)：NTSC彩色电视信号中涉及场景照度或亮度

的那部分信号。

光通量(Luminousflux)：光通过的时率。

勒克斯a，ux)：国际单位制中的照明单位，其中涉及到的长度单位为

米。1勒克斯等于每平方米1流明。

磁聚焦(Magneticfocusing)：利用磁场作用来使电子束会聚的方法。

静电聚焦(Electrostaticfocusing)：通过对电子透镜系统中的

一个或多个元素施以静电势能，将阴极射线束聚焦成小点的方法。

放大倍数(Magnification)：表示被摄物与图像之间的尺寸差异的数

字。通常以焦距为1英寸镜头和靶面尺寸为1英寸的传感器为基准(放

大倍数=M=1)。焦距为2英寸的镜头的放大倍数为M=2。

微分增益(Differentialgain)：当载有3.58-Mhz彩色次载波的图

像信号从消隐电平变成白色电平常，整个电路中彩色次载波振幅的变

更。微分增益通常用dB或白分比来计量。

微分相位(Differentialphase)：当载有3.58/Ihz彩色次载波的图

像信号从消隐电平变成白色电平常，整个电路中彩色次载波相位的变

更。微分相位通常以度为单位来计量。

屈光度(Diopter)：描述镜头光学功率的术语。它的值是以米为单位

的焦距值的倒数。例如，焦距为25cm(0.25cm)的透镜的光学功率为4

个屈光度。

电气失真(Distortionelectrical)：某信号与原信号相比时,出现

的不希望发生的波形变更。

光学失真(Distortion,0Ptical):用来描述图像不是物体的精确复制

的一般术语。失真有多种不同的类型。

点条状信号发生器(Dotbargenerator)：产生特殊的点条信号的设

备。一般用来测量电视摄像机和视频监视器的扫描线性和几何失真。

驱动脉冲(Drivepulses)：指同步脉冲和消隐脉冲。

动态范围(Dynamicrange)：在电视系统中，指摄像机的好用照度

范围。在这种状况不，被摄视场中同时存在强光区和阴影区，而全部

细微环节均可看清。数量上一般以允许的最大照度水平与最小照度水

平的电压差或功率差来衡量。

回波(Echo)：信号传输过程中从一个或多个点反射回来的信号。与

原信号相比，具有明显的幅度和时间上的差异。回波可以比原信号超

前或拖后，造成反射波或〃重影〃现象。

EIA接口标准(EIAinterface)：由电子工业协会的(EIA)规定的一

系列标准信号特性，包括持续时间、波形、电压和电流等。

EIA同步信号(EIAsyncsignal)：在电子工业协会的RS—170(单色

图像)标准，RS-170A(彩色图像)标准、RS-312.RS330、RS-420

及续后文件中规定的，用于使扫描同步的信号。电磁聚集

(Electromagneticfocusing)：运用电子透镜系统中的一个或多少偏

转线圈，通过电磁场的作用，将阴极射线束会聚成一点的过程。

图像平面(Imageplane)：在成像点上，与光轴垂直的平面。

阻抗(Impedance)：电路或电子器件的输入/输出特性。为实现最佳

信号传输效果，用来连接两个电路或器件的电缆的特征阻抗必需与电

路或器件的特征阻抗相同。阻抗的单位为欧姆。视频安排系统运用的

标准同轴电缆两种。

入射光线(Incidentlight)：干脆照耀到物体上的光线。

红外辐射(Infraredradiation)：波长大于750纳米(可见光谱红色

的一端)、小于微波波长不行见光。

增加电荷耦合器件(IntensifiedCCD/ICCD)：通过光纤与电子管式或

微通道板式图像增加器相连的CCD摄像机。

增加型硅靶(Intensifiedsiliconintensifiedtarget/ISIT)：通

过光纤与额外的增加器件相连接、以提高灵敏度的SIT管。两个增加

器级连运用，可获得的灵敏度为标准摄像管度的2000倍。

增加型摄像机(Intensifiedvidicon/IV)：通过光纤与增加器件相

连、以提高灵敏度的直读型标准摄像管。

干扰(Interference):倾向十扰乱期望获得的信号的外来杂散信号。

隔行扫描，2：T(Interlacedto1)：闭路电视系统中运用的一种

扫描技术。其中，每帧图像由两场组成，两个场以2比1的速率精确

地同步扫描，相连场中相邻扫描行间的时间或相位关系是固定的。

随机交织(Interlace,random)：闭路电视系统中运用的一种扫描技

术。其中，组成帧的两场并不同步，相连场邻行的时间或相位关系不

固定…

光圈值/F值(f-nwber)：镜头的透光实力。F值是物镜焦距(FL)

与入射光瞳周长(D)的比值，E|JF=FL/DoF值与焦距成正比，与

透镜周长成反比。F值越小，透镜的透光性能越好。

焦距(FL)：透镜中心或其其次主平面到图像聚焦点处的距