視頻監控系統的前端設備基礎知識-上海監控安裝-安防設備-監控布線-停車場-小區學校別墅工程公司-秦唯網絡

一、在視頻監控系統中,黑白的CCD監控攝像頭仍具有較高的市場占有率。順便指出,在各商家列出的閉路視頻監控器材清單中的監控攝像頭通常都是不帶鏡頭的(一體化監控攝像頭除外),因此在實際應用中,應根據視頻監控現場的實際環境及用戶要求,為監控攝像頭配合適的鏡頭。

監控攝像頭是獲取視頻監控現場圖像的前端設備,它以面陣CCD圖像傳感器為核心部件,外加同步信號產生電路、視頻監控信號處理電路及電源等。近年來,新型的低成本MOS圖像傳感器有了較快速的發展,基于MOS圖像傳感器的監控攝像機已開始被應用于對圖像質量要求不高的可視電話或會議電視系統中。由于MOS圖像傳感器的分辨率和低照度等到主要指標暫時還比不上CCD圖像傳感器,因此,在視頻監控系統中使用監控攝像頭仍為CCD攝像頭。監控攝像頭具有黑白和彩色之分,由于黑白監控攝像頭具有高分辨率、低照度等優點,特別是它可以在紅外光照下成像。

 

黑白CCD監控攝像頭的附帶功能除了上述介紹的基本參數外,各品牌的監控攝像頭大都還有一些附帶的功能,如自動光圈接口、電子快門、自動增益控制、逆光補償、線鎖定同步及外同步等,下面簡要介紹一下。

 

A、電動光圈接口目前在市場上見到的標準CCD監控攝像頭大都帶有驅動自動光圈鏡頭的接口,其中有些只提供一種驅動方式(通常為視頻驅動方式),也就是說,它只能配接VD型的自動光圈鏡頭,有些則可同時提供兩種驅動方式(視頻驅動和直流驅動)供用戶選擇,因此,它可以配接任何自動光圈鏡頭。這里,監控視頻驅動(VideoDriver,簡稱VD)方式是指監控攝像頭將視頻信號電平輸出到自動光圈鏡頭的內部,再由其內部的驅動電路輸出控制電壓,使鏡頭光圈調整電動機轉動;直流驅動(DCDriver,簡稱DD)方式則是指監控攝像頭內部增加了鏡頭光圈電動機的驅動電路,可以直接輸出直流控制電壓到鏡頭內的光圈電動機并使其轉動,因此,具有直流驅動接口的監控攝像頭的成本就稍許高一些(因為增加了一部分電路),但所選配的自動光圈鏡頭則因其內部不含有驅動電路而體積稍小一些,價格也就低一些。不同品牌及型號的監控攝像頭所帶自動光圈接口的位置及形式是不完全一樣。一般監控攝像頭的自動光圈接口設置在機身的后面板上,但也有一些則設在機身的側面。有幾種不同形式的自動光圈的接口,包括(1)陰式方四孔型(2)陰式圓四孔型(3)接線端子型;其中陰式方四孔接口最為常見,但不同監控攝像頭對其各針腳的定義又不完全相同。一般監控視頻驅動自動光圈接口使用3個針,即電源、監控視頻、接地;而直流驅動自動光圈接口使用4個針,即阻尼正、阻尼負、驅動正、驅動負。若同時具有兩種光圈驅動方式,則具體將該接口定義為VD還是DD驅動方式,須由另外的撥動開關來選擇(如JETCOM公司的JC系列監控攝像頭),也有的由監控攝像頭蓋板內視頻處理板上不同的插座位置來選擇,并在出廠前設定一種方式(如監控攝像頭),還有的干脆在監控攝像頭機身側面及后面板上直接設定兩個不同的自動光圈接口(如監控攝像頭)。

 

B、電子快門電子快門是比照照相機的機械快門功能提出一個術語,它相當于控制CCD圖像傳感器的感光時間。由于CCD感光的實質是信號電荷的積累,則感光時間越長,信號電荷的積累時間就越長,輸出信號電流的幅值也就越大。通過調整光生信號電荷的積累時間(即調整時鐘脈沖的寬度),即可實現控制CCD感光時間的功能。

 

C、自動增益控制? 監控攝像頭輸出的監控視頻信號必須達到電視傳輸規定的標準電平,即。為了能在不同的景物照度條件下都能輸出的標準監控視頻信號,必須使放大器的增益能夠在較大的范圍內進行調節。這種增益調節通常都是通過檢測視頻信號的平均電平而自動完成的,實現此功能的電路稱為自動增益控制電路,簡稱AGC電路。具有AGC功能的監控攝像頭,在低照度時的靈敏度會有所提高,但此時的噪點也會比較明顯。這是由于信號和噪聲被同時放大的緣故。

 

D、背光補償? 背光補償也稱作逆光補償或逆光補正,它可以有效補償監控攝像頭在逆光環境下拍攝時畫面主體黑暗的缺陷。

 

當引入背光補償功能時,監控攝像頭僅對整個視場的一個子區域(如從第80行~200行的中心區域)進行檢測,通過求此區域的平均信號電平來確定AGC電路的工作點。由于子區域的平均電平很低,AGC放大器會有較高的增益,使輸出監控視頻信號的幅值提高,從而使監視器上的主體畫面明朗。此時的背景畫面會更加明亮,但其與主體畫面的主觀亮度差會大大降低,整個視場的可視性得到改善。

 

E、線鎖定同步? 線鎖定同步是一種利用交流電源來鎖定監控攝像頭場同步脈沖的一種同步方式。當圖像出現因交流電源造成的網波干擾時,將此開關撥到線鎖定同步(LL)的位置,就可消除交流電源的干擾。

 

 

 

 

黑白CCD監控攝像頭的主要參數在電視監控系統中選擇監控攝像頭,一般要看幾個主要的參數,即分辨率、最低照度和信噪比等,另外還要考慮監控攝像頭的附帶功能及價格和今后服務等因素。以下對監控攝像頭的幾個主要參數作一介紹。

 

A、CCD尺寸及像素數CCD尺寸指的是CCD圖像傳感器感光面的對角線尺寸,早期的CCD尺寸比較大,為lin、2/3in和1/2in等幾種,因而近年來用于視頻監控攝像頭的CCD尺寸以1/3in為主流。像素數指的是監控攝像頭CCD傳感器的最大像素數,有些給出了水平及垂直方向的像素數,如500H*582V,有些則組出了前兩者的乘積值,如30萬像素。對于一定尺寸的CCD芯片,像素數越多則意味著每一像素單元的面積越小,因而由該芯片構成的監控攝像頭的分辨率也就越高。例如,在視頻監控攝像頭中使用的CCD傳感器的像素有的已達到48萬像素。

 

B、分辨率是衡量監控攝像頭優劣的一個重要參數,它指的是監控攝像頭攝取等間隔排列的黑白相間條紋時,在監視器(應比監控攝像頭的分辨率高)上能夠看到的最多線數。當超過這一線數時,屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片而不能再辨出黑白相間的線條。工業監視用攝像頭的分辨率通常在380~460線之間,廣播級監控攝像頭的分辨率則可達到700線左右。

 

C、低照度指的是當被攝景物的光亮度低到一定程度而使監控攝像頭輸出的視頻信號電平低到某一規定值時的景物光亮度值。測定此參數時,還應特別注明鏡頭的最大相對孔徑。例如,使用F1.2的鏡頭,當被景物的光亮度值低到0.04lux時,監控攝像頭輸出的視頻信號幅值為最大幅值的50%,即達到350mV(標準視頻監控信號最大幅起來700mV),則稱此監控攝像頭的最低照度為0.04lux/F1.2。被攝景物的光亮度值再低,攝像要輸出的監控視頻信號的幅值就達不到350mV了,反映在監視器的屏幕上,將是一屏很難分辨出層次的、灰暗的圖像。

 

D、信噪比及伽瑪校正系數信噪比也是監控攝像頭的一個主要參數。其基本定義是信號對于噪聲的比值乘以20log,一般監控攝像頭給出的信噪比值均是在AGC(自動增益控制)關閉時的值,因為當AGC接通時,會對小信號進行提升,使得噪聲電平也相應提高。CCD監控攝像頭的信噪比的典型值一般為45~55dB。測量信噪比參數時,應使用監控視頻雜波測量儀直接連接于監控攝像頭的視頻輸出端子上。伽瑪校正系數前面提到的γ值,其典型值為γ=0.45?,F行監控攝像頭大都采用了固定的γ值。

 

 

監控攝像頭的使用

 

監控攝像頭的使用很簡單,通常只要正確安裝鏡頭、連通信號電纜,接通電源即可工作。但在實際使用中,如果不能正確地安裝鏡頭并調整監控攝像頭及鏡頭的狀態,則可能達不到預期使用效果。以下簡要介紹監控攝像頭的正確使用方法。

安裝鏡頭時,首先去掉監控攝像頭及鏡頭的保護蓋,然后將鏡頭輕輕旋入監控攝像頭的鏡頭接口并使之到位。對于自動光圈鏡頭,還應將鏡頭的控制線連接到監控攝像頭的自動光圈接口上,對于電動兩可變鏡頭或三可變鏡頭,只要旋轉鏡頭到位,則暫時不需校正其平衡狀態(只有在后焦聚調整完畢后才需要最后校正其平衡狀態)。

 

 

A、安裝鏡頭? 監控攝像頭必須配接鏡頭才可使用,一般應根據應用現場的實際情況來選配合適的鏡頭,如定焦鏡頭或變焦鏡頭、手動光圈鏡頭或自動光圈鏡頭、標準鏡頭或廣角鏡頭或長焦鏡頭等。另外還應注意鏡頭與監控攝像頭的接口,是C型接口還是CS型接口(這一點要切記,否則用C型鏡頭直接往CS接口監控攝像頭上旋入時極有可能損壞監控攝像頭的CCD芯片)。

 

B、調整鏡頭光圈與對焦? 關閉監控攝像頭上電子快門及逆光補償等開關,將監控攝像頭對準欲監視的場景,調整鏡頭的光圈與對焦環,使監視器上的圖像最佳。如果是在光照度變化比較大的場合使用監控攝像頭,最好配接自動光圈鏡頭并作監控攝像頭的電子快門開關置于OFF。如果選用了手動光圈則應將監控攝像頭的電子快門開關置于ON,并在應用現場最為明亮(環境光照度最大)時,將鏡頭光圈盡可能開大并仍使圖像為最佳(不能使圖像過于發白而過載),鏡頭即調整完畢。裝好防護罩并上好支架即可。由于光圈較大,景深范圍相對較小,對焦距時應盡可能照顧到整個監控視頻現場的清晰度。當現場照度降低時,電子快門將自動調整為慢速,配合較大的光圈,仍可使圖像滿意。

 

在以上調整過程中,若不注意在光線明亮時將鏡頭的光圈盡可能開大,而是關得比較小,則監控攝像頭的電子快門會自動調在低速上,因此仍可以在監視器上形成較好的圖像;但當光線變暗時,由于鏡頭的光圈比較小,而電子快門也已經處于最慢(1/50s)了,此時的成像就可能是昏暗一片了。

 

C、后焦距的調整? 后焦距也稱背焦距,指的是當安裝上標準鏡頭(標準C/CS接口鏡頭)時,能使被攝景物的成像恰好成在CCD圖像傳感器的靶面上,一般監控攝像頭在出廠時,對后焦距都做了適當的調整,因此,在配接定焦鏡頭的應用場合,一般都不需要調整監控攝像頭的后焦。

 

在有些應用場合,可能出現當鏡頭對焦環調整到極限位置時仍不能使圖像清晰,此時首先必須確認鏡頭的接口是否正確。如果確認無誤,就需要對監控攝像頭的后焦距進行調整。根據經驗,在絕大多數監控攝像頭配接電動變焦鏡頭的應用場合,往往都需要對監控攝像頭的后焦距進行調整。

 

后焦距調整的步驟如下:

 

a、將鏡頭正確安裝到監控攝像頭上。

 

b、將鏡頭光圈盡可能開到最大(目的是縮小景深范圍,以準確找到成像焦點)。

 

c、通過變焦距調整(Zoom? In)將鏡頭推至望遠(Tele)狀態,拍攝10m以外的一個物體的特寫,再通過調整聚焦(Focus)將特寫圖像調清晰。

 

d、進行與上一步相反的變焦距調整(Zoom? Out)將鏡頭拉回至廣角(Wide)狀態,此時畫面變為包含上述特寫物體的全景圖像,但此時不能再作聚焦調整(注意:如果此時的圖像變模糊也不能調整聚焦),而是準備下一步的后焦調整。

 

e、將監控攝像頭前端用于固定后焦調節環的內六角螺釘旋松,并旋轉后焦調節環(對沒有后焦調節環的監控攝像頭則直接旋轉鏡頭而帶動其內置的后焦環),直至畫面最清晰為止,然后暫時旋緊內六角螺釘。

 

f、重新推鏡頭到望遠狀態,看看剛才拍攝的特寫物體是否仍然清晰,如不清晰再重復上述第a、b、c步驟。

 

g、通常只需一兩個回合就可完成后焦距調整了。

 

h、旋緊內六角螺釘,將光圈調整到適當的位置。

 

2.鏡頭

 

鏡頭是視頻監控系統中必不可少的部件,鏡頭與CCD監控攝像頭配合,可以將遠距離目標成像在監控攝像頭的CCD靶面上。

 

鏡頭的種類繁多,從焦距上分類,可分為短焦距、中焦距、和焦距和變焦距鏡頭;從視場的大小分類,可分為廣角、標準、遠攝鏡頭;從結構上分類,還可分為固定光圈定焦鏡頭、手動光圈定焦鏡頭、自動光圈定焦鏡頭、手動變焦鏡頭、自動光圈電動變焦鏡頭、電動三可變鏡頭(指光圈、焦距、聚焦這三者均可變)等類型。由于鏡頭選擇得合適與否,直接關系到監控攝像質量的優劣,因此,在實際應用中必須合理選擇鏡頭。

 

實現視頻監控現場圖像采集的監控攝像頭和鏡頭是必不可少的。視頻監控系統的前端設備通常由監控攝像頭、手動或電動鏡頭、云臺、防護罩、和多功能解碼器等部件組成,并通過有線、無線或光纖傳輸媒介與中心控制系統的各種設備建立相應的聯系(傳輸視/音頻信號及控制)。在實際的視頻監控系統中,這些前端設備不一定同時使用。