视频监控系统基础知识培训教程

1、第一章视频监控系统介绍1.1视频监控系统的现状中国安防产业的发展比国外发展晚近20年，城市治安管理应用安防监测技术的启动很慢，但实际上从90年代中期开始，中国已经开始大规模的城市监测应用，随着中国经济建设的发展，安防产品的应用领域也越来越广泛(如政府机关、道路交通、教育、金融) 此外，随着居民收入的提高，消费水平和结构发生了很大变化，人们的自我保护意识也发生了变化，很多人希望通过安全产品来保障自己的财产和生命安全，不断提高对安全产品的需求。 另一方面，“911事件”以后，国际恐怖活动活跃，大大刺激了世界各国安全对策产品的进口需求，同时，政府推进的“应急系统”、“平安社会”、“平安城市”、“科学

2、技术强警察”、“3111”项目等也很重要根据统订，2006年规模以上的社会公共安全设备和器材企业工业产值比上年增加34.44 % 2007年全国防范行业市场规模为958亿元，比上年增加31.05%。 根据宏观经济的有利因素，预计2008-2010年安全防范行业增长率分别为23.69%、23.70%和21.39%。 安防产品市场按产品分为视频监控产品市场、进出控制产品市场、防盗报警产品市场和其他市场四个部分，而视频监控产品的市场主体占总体的56.5%。 我们公司的视频监控产品市场非常大。国内外市场上，主要推出了数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两种产品。 前者的技术发展已经非常成熟，性能稳定，

3、在实际工程应用中得到广泛应用后者是一种新兴的以计算机技术和图像视频压缩为核心的新型视频监控系统，该系统解决了仿真系统的一些缺点迅速崛起，但仍需进一步完善和发展现在，视频监视系统是数控模拟系统和数字系统的混合应用，正逐渐进入数字系统的阶段。前端一体化、视频数字化、监视网络化、系统集成化是视频监视系统公认的发展方向，而数字化是网络化的前提，网络化是系统集成化的基础，因此视频监视发展的最大两个特征是数字化和网络化1 .数字化数字化是21世纪的特征，是以信息技术为核心的电子技术发展的必然，数字化是成长通行证，随着时代的发展，我们的生存环境越来越数字化。影像监视系统的数字化首先应该使系统中的信息流(包括

4、影像、声音、控制等)从模拟状态变为数字状态，彻底打破“古典闭路电视系统以摄像机摄影技术为中心”的结构，实现影像监视系统的信息收集、数据处理、传输、系统控制信息流数字化、编码压缩和开放协议实现了视频监控系统和安全系统中其他各子系统的无缝连接，以及在统一操作平台上的管理和控制也意味着系统集成。3 .网络化视频监控系统的网络化意味着系统结构从集中系统向分布式系统过渡。 集散式系统采用多层结构形式，具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统，实现先进任务调度算法的快速响应。 构成集散式监控系统的硬件和软件采用标准化、模块化和系列化设置修订，系统设备配置通用性强，开放性好，系统结构灵活，控制功能

5、完整，数据处理方便，人机界面友好，系统安装、调试系统的网络化在一定程度上打破了布制区域和设备扩张的区域和数量的界限。 系统网络化使整个网络系统的硬件和软件资源共享和任务和负荷共享成为可能。 这也是系统整合的重要概念。1.2视频监视系统的构成概要电视监控系统缩写为：闭路电视(CCTV )，闭路电视监控系统是一个跨行业的综合保安系统，该系统运用了世界上最先进的传感技术、监控摄像机技术、通信技术和计算机技术，实现了多功能全方位监控的高度闭路电视监视系统能够提供最直接的视觉、听觉、对被监视对象的可视性、实时性和客观性的记录，因此成为目前安全防范领域的主要手段，得到广泛应用。完整的闭路电视监控系统主要由

6、前端音频视频数据采集设备、传输媒体、终端监控、录像和控制设备组成。前端设备：在系统前端收集哪些音频视频信息的设备？ 操作员从前端设备获取必要的语音、图像、警报等需要监视的信息。 系统的前端设备主要包括相机、镜头、云台、解码控制器、警报检测器等。传输媒体：将前端设备收集的信息传输到控制设备和终端设备的传输线路。 视频信号通常通过同轴视频电缆被传输，并且通过光纤、微波、双绞线等介质被传输。控制设备：是整个系统最重要的部分，起着协调整个系统运行的作用。 人们通过控制机器获得必要的监视功能。 满足各种监视目的的需要。 控制装置主要是声音、视频矩阵切换控制器、控制键盘、警报控制器、操作控制台。终端设备：

7、系统整合取得的声音、图像、报警等信息，用各种方法显示的设备。 系统通过终端设备的显示提供对于人的最直接的视听觉记录以及由监控目标提供的可视实时客观记录。 系统终端设备主要包括监视器、录像机等。第二章摄像部2.1照相机的分类照相机根据受光元件分为CCD照相机和CMOS照相机。 CCD与CMOS在制造上的主要区别在于CCD集成在半导体单晶材料中，CMOS集成在被称为金属氧化物的半导体材料中，工作原理上没有本质上的差异。CCD是电荷耦合器件的简称。 CCD照相机可以按成像颜色、分辨率、灵敏度、CCD靶面的大小等1 .根据图像的颜色进行分类彩色相机：适用于判别场景的细节，如判别服装和场景的颜色等。黑白

8、CCD :适合光线不足的地区或夜间无法设置照明器具的地区，仅监视拍摄对象的位置或移动时可选择黑白CCD。2 .按分辨率灵敏度等进行区分影像像素在38万以下的是一般型，其中特别是25万像素(512*492 )、分辨率为400行的是最一般型。影像像素为38万以上的高分辨率型。3 .按CCD靶面大小进行区分CCD芯片已经开发出了各种尺寸现在采用的芯片大多是1/3和1/4”。 购买相机时，特别是在对摄像角度要求严格的情况下，CCD目标面的大小、CCD和透镜的组合会直接影响视场角的大小和图像的清晰度。1英寸靶面尺寸为宽12.7mm*高9.6mm，对角线16mm。2/3英寸目标面尺寸为宽8.8mm*高6.

9、6mm，对角线11mm。1/2英寸目标面尺寸为宽6.4mm*高4.8mm，对角线8mm。1/3英寸靶面尺寸为宽4.8mm*高3.6mm、对角线6mm。1/4英寸靶面尺寸为宽3.2mm*高2.4mm、对角线4mm。4 .按扫描方式分开PAL制，NTSC制。 中国采用隔行扫描(PAL )方式(黑白为CCIR )，标准为625行、50场，有只能在医疗及其他专业领域使用的非标准方式。 此外，日本采用NTSC方式，分为525行、60个场(黑白为EIA )。5 .按供电电源区分110VAC(NTSC方式多为这种方式)220瓦时24伏特加12v直流电9VDC (微型照相机大多是这样的)。6 .以同步方式区分

10、内部同步：用照相机内的同步信号发生电路发生的同步信号完成动作。外部同步：使用外部同步信号发生器，将同步信号传送到相机的外部同步输入端子。电力同步(线性锁定、line lock ) :通过相机交流电源完成垂直推式同步。外部VD同步：相机信号电缆上的VD同步脉冲输入完成外部VD同步。多台摄像机外同步：对多台摄像机固定外同步，使各摄像机能够在相同条件下工作，各摄像机同步，因此即使一台摄像机变为其他景色，同步摄像机的画面也不会失真。7 .按度分类，照相机又分为：普通型正常动作所需的照度13LUX月光型正常工作所需的照度0.1LUX左右星光型正常动作所需的照度0.01LUX以下红外型采用红外灯照明，即使

11、没有光也能成像8 .按动态范围分类正常类型：普通相机提供3:1对比度的动态范围(人眼可接受的对比度为1000:1 )宽动态：宽动态相机要求即使在非常强烈的照明对比度下也能看到图像的细节。 宽动态相机比以往只有3:1动态范围的相机超过了数十倍以上。CCD和CMOS的区别CCD传感器将信号电荷包按一定的顺序向共同的输出结构传输，在此信号电荷变换为电压，同时作为缓冲区输出。CMOS图像传感器中，信号电荷到电压的转换在每个像素内部进行。CCD表示“电荷耦合元件”，CMOS表示“互补的金属氧化物半导体”，但是从技术上的观点来看，CCD和CMOS在以下4个方面不同。1 .信息读取方式积蓄在CCD充电耦合器

12、中的电荷信息，需要在按同步信号控制的下一个位实施传输后读出，在电荷信息的传输和读出输出中需要组合时钟控制电路和三组不同的电源，电路整体复杂。 CMOS光电传感器通过光电转换产生直接电流(或电压)信号，信号的读取非常简单。2 .速度CCD电荷耦合器在同步时钟的控制下，需要以行为单位一位一位地输出信息，速度慢。 CMOS光电传感器能够在取入光信号的同时取出电信号，能够同时处理各个单元的图像信息，比CCD电荷耦合器快得多。 如此一来，CMOS传感器对于高帧照相机非常有用，并且高帧速度为400100000帧/秒。3 .电源和功耗CCD电荷耦合器多需要三组电源供应，消耗功率大的CMOS光电传感器只使用一

13、个电源，消耗功率非常小，只有CCD电荷耦合器的1/8到1/10，CMOS光电传感器在节能方面有很大优点。4 .成像质量CCD电荷耦合器的制作技术起步较早，技术成熟，采用PN结或二氧化硅(SiO2)隔离层隔离噪声，成像质量相对于CMOS光电传感器具有一定的优势。 由于CMOS光电传感器的集成度高，各光电传感器元件、电路间的距离近，彼此的光、电、磁干扰严重，噪声对画质影响大，CMOS光电传感器长期未能实用。 近年来，随着CMOS电路去噪技术的发展，为生产高密度、优质的CMOS图像传感器提供了良好的条件。另外，CCD和CMOS两种传感器在“内部结构”和“外部结构”上不同。1 .内部结构(传感器自身的

14、结构)CCD的成像光斑为X-Y纵横矩阵排列，各成像光斑由光电二极管和其控制的邻接电荷蓄积区域构成。 光电二极管将光线(光量子)变换为电荷(电子)，聚集的电子的数量与光线的强度成比例。 在读出这些电荷时，各行的数据移动到垂直电荷传送方向的缓冲器。 连续地读出各行的电荷信息，并以电荷/电压转换器和放大器感测。 以这种结构产生的图像具有低噪声、高性能的特征。 但是，由于生产相机需要时钟信号、偏置技术，因此结构整体变得复杂，功耗增大，成本也增加。CMOS传感器周边的电子器件、例如数字逻辑电路、时钟驱动器、模拟/数字转换器等可以利用同一加工程序集成。 CMOS传感器如存储器那样构成，各摄像点包含光电二极

15、管、电荷电压转换单元、复位选择晶体管、复盖传感器整体的金属连接器(定时应用和读出信号)和纵向排列的输出信号连接器，简单的x2 .外部结构(传感器在产品中的应用结构)CCD电荷耦合器在同步时钟的控制下，需要以行为单位一位一位地输出信息，速度慢。 CMOS光电传感器能够在取入光信号的同时取出电信号，能够同时处理各个单元的图像信息，比CCD电荷耦合器快得多。CMOS光电传感器的加工或半导体厂家采用制造集成电路的流程，从而能将数码相机的所有部件集成到一个芯片，如光接收元件、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换器、图像信号处理器和控制器等由于使用CMOS芯片实现许多功能，使用CMOS芯片的光电图像转换

16、系统的总体成本低。CMOS传感器在确保高集成化、低功耗、画质(特别是低照度)的基础上，提供更小的系统体积和一定的灵活性。 适用于对画质要求不高的大量应用程序。 这确定了监控领域、视频会议、手持设备、条形码扫描、传真、个人扫描仪、玩具和汽车应用程序是最佳应用程序。 CCD提供了更好的图像质量和系统灵活性，它仍然是高端图像应用的优先，如数码相机、广播电视、高性能工业图像应用，以及大多数科研和医疗应用。 此外，CCD能够根据其灵活性获得比CMOS设备更强的系统差异。2.2照相机的工作原理和主要技术残奥表电荷耦合器件(CCD )电荷耦合器件。 CCD是能够将光学像转换为数字信号的半导体装置。 CCD芯片就像人的视网膜，是照相机的核心。 现在我国还没有制造能力，市场大部分的照相机采用的是日本SONY、SHARP、松下、LG等公司生产的芯片，现在韩国也有生产能力，但质量稍差。 由于芯片生产时等级不同，不同厂家的购买路径不同等理由，CCD采集效果也大不相同。 购买时，打开电源，将视频电缆连接到显示器，关闭镜头光圈，看图像为黑色时是否有亮点，屏幕上的雪不大。 这些是检测CCD芯片的最简单、直接的方法，不需要其它的专用设备。 然后可以打开光圈看静物。 对于彩色相机