CH2模拟视频监控系统V1

第二章

模拟视频监控系统模拟视频监控系统具有技术成熟、性能稳定、操控性好等优点，至今已经存在并发展了30多年。随着计算机技术、多媒体技术、网络技术、存储技术与视频监控技术的不断融合，视频监控系统的组成、架构发生了根本变化，模拟系统正在慢慢退出历史舞台。模拟视频监控系统虽然风光不再，但是其在安防监控的历史上写下了厚重的一笔。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.1模拟监控系统构成图2.1

模拟视频监控系统结构示意图智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.1模拟监控系统构成•前端视频采集设备（摄像机）将光信号转换成某著名企业号后，通过信号传输部分传送到矩阵输入端，矩阵的输出连接到监视器，利用矩阵的切换功能实现前端摄像机到监视器之间的选择切换；•操作键盘与矩阵控制器连接，控制信号通过信号传输通道发送到前端摄像机的解码器，进而实现对云台及镜头的控制（PTZ操作）；•多画面处理器的作用是在一个监视器中可以同时以“多画面分割形式”显示多个画面，某省市了监视器或录像机；•磁带录像机（VCR）可以对选择的视频信号进行录制；•报警接口单元实现其他系统如门禁、防盗系统的报警信号接入进而完成报警集成联动功能。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.1视频采集部分视频采集设备包括摄像机、镜头、云台、解码器、支架、防护罩、视频分配器等。可以根据不同的需要选择不同的设备，如室内环境可能只需选择摄像机、镜头，而室外摄像机可能需要配置防护罩、支架及辅助灯光等，如果需要进行大范围监视则需要给摄像机配置云台及变焦镜头。视频采集设备的核心是摄像机及镜头，实现光信号到某著名企业号的转变；防护罩对摄像机及镜头实现保护功能；云台承载摄像机，实现摄像机上下左右的运动；解码器接收控制矩阵发来的控制信号，转换成某著名企业号实现对云台的上下左右运动（Pan，Tilt）的控制及变焦镜头的拉近拉远(Zoom

In,Zoom

Out)控制；加热器、雨刷等是辅助设备，可以给摄像机提供合适的运行环境。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.1视频采集部分（2）图

2.2

视频采集设备结构示意图智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.1.1

摄像机相关技术通常，摄像机是指含镜头的摄像机，如半球摄像机、快球摄像机等都是摄像机和镜头构成的一体化设备。但是，对于普通枪式摄像机，由于可能需要配置不同类型的镜头，因此“摄像机”一般是指不包括镜头的裸摄像机，那么在实际使用中需根据应用的具体需求，选择一个合适的镜头与裸摄像机配套。

工作原理

分类

主要参数智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件（1）工作原理摄像机的主要部件是CCD，

CCD是电耦合器件（ChargeCoupleDevice）的简称，它能够将光线信号变为电荷信号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。CCD的工作原理是：被摄物体反射的光线传播到镜头，经镜头聚焦到CCD芯片上，CCD根据光的强弱积聚相应的电荷，各个像素积累的电荷在视频时序的控制下，逐点外移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件（2）主要分类

枪式摄像机

半球摄像机

云台摄像机

一体化球型摄像机图

2.3

摄像机外观实物图智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件（3）主要参数

CCD尺寸

清晰度

分辨率

最低照度

信噪比

白平衡

背光补偿

宽动态技术智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件摄像机的清晰度与分辨率清晰度是指人眼看到的宏观图像的清晰程度，是由系统和设备的客观性能的综合因素造成的人们对最终图像的主观感觉。清晰度作为一种主观感觉，是可以定量地进行测量的，它有标准的测量方法。评估摄像机清晰度的指标是水平分辨率，其单位为电视线(TVLine)，其数值越大成像越清晰。图像清晰度与CCD和镜头有关，与摄像机电路通道的频带宽度直接相关。分辨率指在视频摄录、传输和显示过程中所使用的图像质量指标，或显示设备自身具有的表现图像细致程度的固有屏幕结构，换句话说就是指单幅图像信号的扫描格式或显示设备的像素规格。分辨率的单位是“像素点数Pixels”，而不是“电视线TVLine”，分辨率代表着水平行和垂直列的像素数目，用“水平像素×垂直像素”来表达，如1280×1024代表水平行有1280个像素而垂直列上有1024个像素。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件摄像机的最低照度照度是反映光照强度的一种单位，其物理意义是照射到单位面积上的光通量，照度的单位是每平方米的流明（Lm）数，也叫做勒克斯（Lux）：1Lux=1Lm/平方米。最低照度是测量摄像机感光度的一种方法，也就是说，标称摄像机能在多黑的条件还可以看到可用的影像。图2.4

不同天气情况下照度的参考值智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件摄像机的宽动态技术宽动态范围，即WDR(Wide

DynamicRang)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一幅图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。摄像机在同一场景中对最亮区域及较暗区域的表现是存在局限的，这种局限就是通常所讲的“动态范围”。一般的“动态范围”是指摄像机对拍摄场景中景物光照反射的适应能力，具体指亮度（反差）及色温（反差）的变化范围。

宽动态摄像机的动态范围比传统只具有3:1动态范围的摄像机超出了几十倍。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.1.2

镜头相关技术镜头之于摄像机的成像器件，相当于眼睛的晶状体之于视网膜。没有晶状体，人的眼睛看不到东西，而没有镜头，摄像机的输出图像将会无法成像。摄像机的镜头是视频监视系统的关键器件，它的质量（指标）优劣直接影响摄像机的整机性能指标。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件（1）镜头的主要分类

广角镜头：视角在50度以上，一般用于电梯轿箱内、大厅等小视距大视角场所

标准镜头：视角在30度左右，一般用于走廊、通道及小区等场所

长焦镜头：视角在20度以内，焦距的范围从几十毫米到上百毫米

变焦镜头：焦距范围可变，可从广角变到长焦，用于景深大、视角范围广的区域

针孔镜头：用于隐蔽监控场合，如电梯轿厢内智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件（2）镜头的主要参数

焦距

镜头尺寸

相对孔径

镜头接口类型智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件（3）镜头焦距计算方法镜头的焦距，视场大小及镜头到被摄取物体的距离的计算公司如下；f=wD/Wf=hD/Hf：镜头焦距w：图像的宽度（被摄物体在CCD靶面上成像宽度）W：被摄物体宽度D：被摄物体至镜头的距离h：图像高度（被摄物体在CCD靶面上成像高度）H：被摄物体的高度智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件（3）镜头焦距计算方法（续）图

2.11

镜头的焦距计算方法智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件（3）镜头焦距计算方法（续）镜头的焦距计算方法如图2.11所示。举例说明：当使用1/2寸镜头时，CCD靶面成像高度h=4.8mm，宽度w=6.4mm。假设镜头至景物（停车场）距离D=36000mm，景物（停车场）实际高度H=6000mm。则由计算公式：f=h·D/H=4.8×36000/6000＝28mm。而如果需要清晰成像停车场的人，那么，景物（人）实际高度H=1600mm，则由计算公式：f=h·D/H=4.8×36000/1600＝108mm。当然，上述焦距计算均为理论值，而根据工程经验，该数值约为理论值的一半，也就是说，焦距需求分别是14mm及50mm即可实现对整个停车场或目标“人”的监视应用。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.1.3

防护罩防护罩也是监控系统中最常用的设备之一，常见主要分为室内和室外两种。室内防护罩主要功能是防尘、防破坏。室外防护罩密封性能一定要好，保证雨水不能进入防护罩侵蚀摄像机。有的室外防护罩还带有排风扇、加热器、雨刮器，可以更好地保护摄像机设备。当天气较热时，排风扇自动工作；气时加热器自动工作；当防护罩上有雨水污物时，可以通过控制系统启动雨刮器。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.1.4

云台及解码器通常，电视监控系统中的“云台”是承载摄像设备及防护罩并能够远程进行上下左右全方位控制的平台（PanandTilt）。云台的实质是两个电机组成的安装平台，可以实现水平和垂直的运动，从而带给摄像机设备实现全方位多角度的视野。解码器，国外称其为接收器/驱动器（Receiver/Driver），是为带有云台、变焦镜头等可控设备提供驱动并与控制设备如矩阵进行通讯的设备。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.1.5

一体球型摄像机一体球型摄像机是集变焦镜头、摄像机、PTZ云台、解码器、防护罩等多器件于一体的摄像系统，是集光、机、电多技术于一体的高科技产品。一体球型摄像机已经广泛应用于大范围监视的场所，如大厅、小区、某省市等。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.2信号传输设备闭路电视监控系统中，通常按照功能分为前端部分、传输部分和主控部分，传输部分是将监控系统的前端设备与终端设备联系起来的物理通道。前端设备所产生的视频信号、音频信号、各种报警信号通过传输系统传送到控制中心，并反向将控制中心的控制指令传送到前端设备。总体讲，信号传输包括视频信号的上行传输及控制信号的下行传输，以及电源供应。信号的传输需要根据传输信号不同而选择相应的电缆，一般需要视频同轴电缆、带屏蔽层的多芯控制电缆、三芯电源线等，如果距离过长，需要配置光纤及相应收发器。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.2.1

视频信号传输监控系统中视频信号的传输非常重要，由于视频信号的信息量大，频带宽，实时性强，因此视频监控系统某著名企业号传输的重点就是视频图像信号的传输。视频信号传输的介质主要是同轴电缆，如果距离过远可以采用光纤传输，还有双绞线传输方式。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.2.1视频分频器摄像机采集的视频信号，或矩阵输出的视频信号，可能要送往监视器、录像机、传输装置等终端设备，完成图像的显示与记录功能。经常会遇到同一个视频信号需要同时送往几个不同设备的需求，在终端设备为二个时，可以利用转接插头或者某些终端设备上配有的环路来完成，但在个数较多时，因为并联视频信号衰减较大，送给多个输出设备后由于阻抗不匹配等原因，图像会严重失真，线路也不稳定。使用视频分配器，可以实现一路视频输入、多路视频输出的功能，并且视频信号无扭曲或清晰度损失。通常视频分配器除提供多路独立视频输出外，兼具视频信号放大功能，故也称为视频分配放大器。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.2.3

控制信号传输控制信号主要包括对云台全方位控制、对镜头的三可变控制、对辅助设备的控制、切换控制、电源控制及录像控制等。控制信号传输方式主要为双线控制信号传输及同轴视控。双线控制通讯距离可以达到1200米，一般采用RVVP2×1.5线缆。同轴视控方式是利用同轴线缆传输视频及控制信号，原理是将控制信号调制到视频信号不同的频率上逆行传输。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.2.4

系统供电电视监控系统中的电源线一般都是单独布设，在监控室设置总开关，以对整个监控系统直接电源控制。一般情况下，电源是线是按交流220V布线，在摄像机端再经适配器转换成直流12V或交流24V，电源线与信号线需要保持一定距离。有些小系统也可采用12V直接供电的方式，即在监控室内用一个大功率的直流稳压电源对整个系统供电。在这种情况下，电源线就需要选用线径较粗的线，且距离不能太长，否则设备可能不能正常工作。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.3矩阵控制设备早期的闭路电视监控系统中没有矩阵切换设备，摄像机与录像机或监视器进行一对一连接。当摄像机数量越来越多且没有必要同时对所有视频进行录像和监视时，“一对一”的模式造成监视器及录像机数量激增，从实施，成本等角度来看均不合适。矩阵切换器的产生完美地解决了这个问题，矩阵切换设备后来居上，成了闭路电视监控系统的核心。通过矩阵及控制设备，可以实现选择任意一台摄像机的图像在任一指定的监视器上输出显示，同时通过键盘，可以对前端摄像机、镜头及辅助设备进行远程控制操作。矩阵控制系统实物图如图2.17所示，矩阵一般采用模块化设计，多个矩阵可以级联。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.3矩阵控制设备（2）图

2.17

矩阵控制系统实物图智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.3.1

矩阵工作原理视频矩阵的切换功能可将多路输入信号中任意一路或多路分别输出给一路或多路显示设备，一般用于规模较大的监控系统中。矩阵系统原理示意图如图2.18所示。我们把列（摄像机）作为矩阵切换器的输入，那么矩阵中列的数量“8”就代表摄像机的数量或系统输入通道数量；把行（监视器）作为矩阵切换器的输出，那么矩阵中行的数量“4”

就是监视器的数量。因此矩阵中每一个行列节点代表系统的一个输入、输出状态。如节点CM74代表7#摄像机图像在4#监视器上显示，就是图中的“房子”显示在4#监视器上，依次类推。因此所有通道的图像都可以在任何一个监视器上显示；同理所有监视器都能显示任何一个通道的图像，而相互不影响。这就是矩阵切换器的巨大优势。矩阵切换系统可大可小，小型系统可以是4×1，大型系统可以达到1024×256或更大。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.3.1

矩阵工作原理图

2.18

矩阵系统原理示意图智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.3.2

矩阵主要功能

视频矩阵为视频切换设备，矩阵系统中任一输入图像可以切换至任一输出。

可以通过键盘或人机界面，实现对所有前端PTZ摄像机的各种控制功能。

视频矩阵采用组合式结构，可进行积木式搭接，随时扩充输入输出通道容量。

支持矩阵间的联网，可通过建立双向视频干线实现矩阵间的互联，形成一套完整的分布式矩阵系统。

可以对摄像机设置逻辑编号，并能按照摄像机的逻辑号选择调用摄像机图像。

具有多种复合控制功能，包括分组切换、宏控制、巡视等。

具有宏编程功能，对宏可以设定按照预定的时间序列和按照报警事件手动或自动执行。

可以控制辅助设备以增强系统功能，辅助设备包括报警输入/输出单元、干接点输出控制单元、通信口扩展单元、通信转换单元。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.3.3

控制键盘控制键盘是监控人员控制闭路电视监控设备的平台，通过它可以切换视频、遥控摄像机的云台转动或镜头变焦等（即PTZ操作），它还具有对监控设备进行参数设置和编程等功能。如图2.19所示为常用的控制键盘实物图。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.3.4PTZ控制原理解码器收到矩阵主机控制器发来的控制信号，解码为电压信号，该电压信号直接驱动摄像机及云台的PTZ动作。摄像机PTZ控制流程如图2.21所示。图

2.21

PTZ控制流程示意图智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.4.1

多画面处理器为了达到最好的监视效果和录像效果，摄像机与监视器或录像设备的配置比例当然是1：1最好，但是，这是根本不可能的。在中型及大型项目中，摄像机数量往往成百上千个，从成本及操作人员的使用上来说，监视器及录像设备都远远要少于摄像机数量。为了让更多的摄像机画面同时显示在监视器上或进行录像，需要多画面处理器。这种设备能够把多路视频信号合成为一路输出，再输入一台监视器或录像机，这样就可在屏幕上同时显示多个画面或同时录制多路画面。多画面处理器实物图如图2.20所示，多画面处理器分成两类，即多画面分割器与多画面处理器。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.4.1

多画面处理器（2）图

2.23

多画面处理器录像及回放原理示意图智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.4.2

图像显示设备CRT监视器是早期视频监控系统中核心显示设备，后期，LCD监视器、等离子（PDP）、拼接屏等逐步在大型视频监控项目中得以大量应用。监视器的功能是把摄像机输出的电视信号还原成图像信号供安保值班人员查看。专业监视器的功能与电视机基本相同，但由于监视器的特殊使用要求和标准，所以线路结构和技术指标有较大差别。监控系统中监视器的输入信号是调制的全电视信号（视频信号），而电视机最基本的是接收射频信号。随着电视技术和计算机技术的日益发展，CRT的性能也在不断提高，如行水平扫描线倍增，垂直清晰度大大提高；画面更加稳定，更益于视力的保护等。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.4.3VCRVCR(Video

CassetteRecorder)，即盒式磁带录像机，就功能上而言，它是使用空白录像带并加载录像机进行影像录制及存储的监控系统设备。VCR可以用一盘三小时录像带录制出长达24小时，甚至960小时的内容，故而称其为长时间（长延时）录像机。与普通家用录像机不同，它可以进行间歇录像，以延长录像时间，另外磁头转动方式、机械结构及耐久性都远远超过家用录像机。但是由于间歇性录像，所以存在较为严重的卡通效果。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.6

夜视技术及应用

2.6.1

主动红外摄像机

2.6.2

激光夜视技术

2.6.3

被动红外夜视

2.6.4

透雾摄像机智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.6.1主动红外摄像机摄像机的图像传感器本身具有很宽的感光光谱范围，其感光光谱不但包括可见光区域，还延长到红外区域，利用此特性，可以在夜间无可见光照明的情况下，用辅助红外光源照明监视场景以使图像传感器清晰地成像。主动红外摄像机就是将摄像机、防护罩、红外灯、供电散热单元等综合成一起的摄像设备，红外灯将红外光投射到目标景物上，红外光经目标景物反射后再进入摄像机进行成像。这时我们所看到的图像实质是由红外光反射所成的画面，而不是平常可见光反射所成的画面，以此可拍摄到黑暗环境下肉眼看不到的景物。智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件红外截止滤光片工作原理示意图智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件激光夜视摄像机工作原理示意图图2.25

激光夜视摄像机工作原理示意图智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件被动红外夜视图2.27

红外热成像摄像机成像原理示意图智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件透雾摄像机图2.29

富士D60x12.5日夜透雾型镜头拍摄实例智能高清视频监控原理精解与最佳实践课件2.7闭路监控系统设计任何工作，任何工程都需要进行规划和设计，弱电系统、安防系统、电视监控系统都不例外。系统设计工作的好坏，对于一个系统的顺利建设、成功运行非常重要，尤其是大型的系统，涉及的接口多、界面杂、、系统类型多、功能强，因此设计工作是必须和必要的。系统设计实质上应涵盖整个工程的立项、招标、采购、安装调试、试运行直至工程验收的全过程。系统设计前期主要集中在系统架