1、电视监控系统电视监控系统系统原理与组成系统原理与组成摄像部分摄像部分传输部分传输部分控制部分控制部分显示与记录显示与记录工程设计及举例工程设计及举例4.1.1 系统的特点及组成系统的特点及组成闭路电视监控系统（闭路电视监控系统（CCTVCCTV）是）是安全技术防范安全技术防范体系体系中的一个重要组成部分，是一种先进的、防范能中的一个重要组成部分，是一种先进的、防范能力极强的综合系统，它可以通过遥控摄像机及其力极强的综合系统，它可以通过遥控摄像机及其辅助设备（镜头、辅助设备（镜头、云台云台等）直接观看被监视场所等）直接观看被监视场所的一切情况，可以把被监视场所的情况一目了然。的一切情况，可以把被
2、监视场所的情况一目了然。同时，电视监控系统还可以与同时，电视监控系统还可以与防盗报警系统防盗报警系统等其等其它安全技术防范体系联动运行，使其防范能力更它安全技术防范体系联动运行，使其防范能力更加强大。加强大。闭路电视监控系统能在人们无法直接观察的场合，却能实闭路电视监控系统能在人们无法直接观察的场合，却能实时、形象、真实地反映被监视控制对象的画面，并已成为时、形象、真实地反映被监视控制对象的画面，并已成为人们在现代化管理中监控的一种极为有效的观察工具。由人们在现代化管理中监控的一种极为有效的观察工具。由于它具有只需一人在控制中心操作就可观察许多区域，甚于它具有只需一人在控制中心操作就可观察许多
3、区域，甚至远距离区域的独特功能，被认为是保安工作之必须手段。至远距离区域的独特功能，被认为是保安工作之必须手段。闭路电视监控系统能提供某些重要区域近距离的观察、闭路电视监控系统能提供某些重要区域近距离的观察、监视和控制。系统符合国家有关技术规范。一般在系统应监视和控制。系统符合国家有关技术规范。一般在系统应设置电视摄像机，以实现全方位监控。系统的主要设备应设置电视摄像机，以实现全方位监控。系统的主要设备应配置电视监视器、时滞配置电视监视器、时滞录像机录像机和画面处理器等，使用户能和画面处理器等，使用户能调看任意一个画面和遥控操作任意一台有遥控功能摄像机调看任意一个画面和遥控操作任意一台有遥控功
4、能摄像机的的云台云台和变焦功能。和变焦功能。闭路电视（又称闭路电视（又称CCTV）监控系统是安防领）监控系统是安防领域中的重要组成部分，系统通过摄像机及域中的重要组成部分，系统通过摄像机及其辅助设备（镜头、云台等），直接观察其辅助设备（镜头、云台等），直接观察被监视场所的情况，同时可以把监视场所被监视场所的情况，同时可以把监视场所的情况进行同步录像。另外，电视监控系的情况进行同步录像。另外，电视监控系统还可以与统还可以与防盗报警系统防盗报警系统等其他安全技术等其他安全技术防范体系联动行动，使用户安全防范能力防范体系联动行动，使用户安全防范能力得到整体的提高。得到整体的提高。4.2 系统组成系统
5、组成控制摄像传输显示与记录前端，获取前端，获取图像或声音图像或声音克服失真、衰克服失真、衰减，分有线和减，分有线和无线传输无线传输监视器、录像监视器、录像机、录音机机、录音机分配、同步、分配、同步、切换等切换等1.1.摄像机：摄像机：在系统中，摄像机处于系统的最前沿，在系统中，摄像机处于系统的最前沿，它将被设物体的光图像转变成电信号它将被设物体的光图像转变成电信号-视频信号，视频信号，为系统提供信号源，因此它是系统中最重要的设为系统提供信号源，因此它是系统中最重要的设备之一。备之一。2.2.摄像机镜头：摄像机摄像机镜头：摄像机光学镜头光学镜头的作用是把被观的作用是把被观察目标的光像聚焦于察目标
6、的光像聚焦于CCDCCD传感器传感器件上，在传感器件件上，在传感器件上产生的图像将是物体的倒像，尽管用一个简单上产生的图像将是物体的倒像，尽管用一个简单的凸透镜就可以实现上述目的，但这时的图像质的凸透镜就可以实现上述目的，但这时的图像质量不高，不能在中心和边缘都获得清晰的图像，量不高，不能在中心和边缘都获得清晰的图像，为此往往附加若干透镜元件，组成一道复合透镜，为此往往附加若干透镜元件，组成一道复合透镜，方能得到满意的图像。方能得到满意的图像。3.3.云台：它与摄像机配合使用能达到上下左右转动的目云台：它与摄像机配合使用能达到上下左右转动的目的。扩大一台摄像机的监视范围，同时能在一定范围内跟的
7、。扩大一台摄像机的监视范围，同时能在一定范围内跟踪木便进行摄像，提高了摄像机的实用价值。由于使用环踪木便进行摄像，提高了摄像机的实用价值。由于使用环境不同，云台的种类很多。境不同，云台的种类很多。4.4.防护罩防护罩（防尘罩）和支架、解码器：（防尘罩）和支架、解码器：防尘罩的作防尘罩的作用是用来保护摄像机和镜头不受诸如有害气体、大灰尘及用是用来保护摄像机和镜头不受诸如有害气体、大灰尘及人为有意破坏等环境条件的影响。人为有意破坏等环境条件的影响。解码器则用来完成对摄像机镜头，全方面云台的总线控制。解码器则用来完成对摄像机镜头，全方面云台的总线控制。支架是用于摄像机安装时作为支撑的，并将摄像机连支
8、架是用于摄像机安装时作为支撑的，并将摄像机连接于安装部位的辅助器件上。接于安装部位的辅助器件上。5.5.监视器：监视器：监视器是电视监控系统的终端显示监视器是电视监控系统的终端显示设备。整个系统的状态最终都要体现在监视的屏设备。整个系统的状态最终都要体现在监视的屏幕上。监视器的优劣直接影响着整个系统的最终幕上。监视器的优劣直接影响着整个系统的最终效果。效果。6.6.信号传输：信号传输：当监控现场于控制中心较近时当监控现场于控制中心较近时采用视频图像，控制信号直接传输的方式，当距采用视频图像，控制信号直接传输的方式，当距离较远时，采用射频、微波、或者光纤传输的方离较远时，采用射频、微波、或者光纤
9、传输的方式。式。常用设备有：同轴电缆、双绞线、光纤。可常用设备有：同轴电缆、双绞线、光纤。可传输距离由近到远依次递增。传输距离由近到远依次递增。7.7.控制中心控制设备与监视设备：控制中心控制设备与监视设备：（1 1）视频信）视频信号分配放大器；号分配放大器；（2 2）矩阵矩阵（视频信号切换器）；（视频信号切换器）；（3 3）终端控制器（操作键盘）；）终端控制器（操作键盘）；（4 4）报警扩展）报警扩展打印器打印器 （5 5）字符发生器、电梯层楼叠加显示器）字符发生器、电梯层楼叠加显示器 ；（6 6）终端解码器；）终端解码器；（7 7）终端控制器；）终端控制器；（8 8）多多画面分割器画面分割
10、器；（9 9）视频移动）视频移动探测器探测器；（；（1010）隔隔离接地环路变压器离接地环路变压器 ；（1111）计价及控制机柜）计价及控制机柜 4.1.3 组成形式组成形式1.单头单尾单头单尾2.单头多尾单头多尾3.多头单尾多头单尾4.多头多尾多头多尾4.2 摄像机及其选择摄像机及其选择在技术防范中摄像机是用来进行定点或流在技术防范中摄像机是用来进行定点或流动的监视和图像取证。动的监视和图像取证。要求摄像机各个部件的体积小、重量轻、要求摄像机各个部件的体积小、重量轻、易于安装和隐蔽、伪装、系统操作简便、易于安装和隐蔽、伪装、系统操作简便、调整机构少。调整机构少。必要时要有遥控装置用来遥控其某
11、些功能。必要时要有遥控装置用来遥控其某些功能。摄像机主要技术参数摄像机主要技术参数。摄像机是获取监视现场图像的前端设备，它以面阵摄像机是获取监视现场图像的前端设备，它以面阵CCDCCD图像传感器为核心部件，外加同步信号产生电路、视频信图像传感器为核心部件，外加同步信号产生电路、视频信号处理电路及电源等。近年来，新型的低成本号处理电路及电源等。近年来，新型的低成本CMOSCMOS图像传图像传感器有了较快速的发展，基于感器有了较快速的发展，基于CMOSCMOS图像传感器的摄像机已图像传感器的摄像机已开始被应用于对图像质量要求不高的可视电话或会议电视开始被应用于对图像质量要求不高的可视电话或会议电视
12、系统中。由于系统中。由于CMOSCMOS图像传感器的分辨率和低照度等到主要图像传感器的分辨率和低照度等到主要指标暂时还比不上指标暂时还比不上CCDCCD图像传感器，因此，在电视监控系图像传感器，因此，在电视监控系统中使用摄像机仍为统中使用摄像机仍为CCDCCD摄像机。摄像机。1.1.色彩：监控摄像机有黑白和彩色两种，通常黑色彩：监控摄像机有黑白和彩色两种，通常黑白监控摄像机的水平清晰度比彩色监控摄像机高，白监控摄像机的水平清晰度比彩色监控摄像机高，且黑白监控摄像机比彩色监控摄像机灵敏，更适且黑白监控摄像机比彩色监控摄像机灵敏，更适用于光线不足的地方和夜间灯光较暗的场所。黑用于光线不足的地方和夜
13、间灯光较暗的场所。黑白监控摄像机的价格比彩色便宜。但彩色的图像白监控摄像机的价格比彩色便宜。但彩色的图像容易分辨衣物与场景的颜色，便于及时获取、区容易分辨衣物与场景的颜色，便于及时获取、区分现场的实时信息。分现场的实时信息。2.CCD2.CCD尺寸及像素数尺寸及像素数CCDCCD尺寸指的是尺寸指的是CCDCCD图像传感器感光面的对角线尺寸，早图像传感器感光面的对角线尺寸，早期的期的CCDCCD尺寸比较大，为尺寸比较大，为l/3inl/3in、2/3in2/3in和和1/2in1/2in等几种，因等几种，因而近年来用于电视监控摄像机的而近年来用于电视监控摄像机的CCDCCD尺寸以尺寸以1/3in
14、1/3in为主流。为主流。像素数指的是摄像机像素数指的是摄像机CCDCCD传感器的最大像素数，有些给传感器的最大像素数，有些给出了水平及垂直方向的像素数，如出了水平及垂直方向的像素数，如500H500H*582V582V，有些则组，有些则组出了前两者的乘积值，如出了前两者的乘积值，如3030万像素。对于一定尺寸的万像素。对于一定尺寸的CCDCCD芯片，像素数越多则意味着每一像素单元的面积越小，因芯片，像素数越多则意味着每一像素单元的面积越小，因而由该芯片构成的摄像机的分辨率也就越高。例如，在电而由该芯片构成的摄像机的分辨率也就越高。例如，在电视监控摄像机中使用的视监控摄像机中使用的CCDCCD
15、传感器的像素有的已达到几百传感器的像素有的已达到几百万像素。万像素。3.3.分辨率分辨率 （清晰度）（清晰度）清晰度分为水平清晰度和垂直清晰度两种清晰度分为水平清晰度和垂直清晰度两种 ；分辨率分辨率分辨率是衡量摄像机优劣的一个重要参数，通常是指水分辨率是衡量摄像机优劣的一个重要参数，通常是指水平解晰度，它指的是当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间平解晰度，它指的是当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时，在监视器条纹时，在监视器(应比摄像机的分辨率高应比摄像机的分辨率高)上能够看到的上能够看到的最多线数。当超过这一线数时，屏幕上就只能看到灰蒙蒙最多线数。当超过这一线数时，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片
16、而不能再辨出黑白相间的线条。工业监视用摄像机的一片而不能再辨出黑白相间的线条。工业监视用摄像机的分辨率通常在的分辨率通常在380380460460线之间，黑白线之间，黑白500500线，彩色线，彩色400400线，线，广播级摄像机的分辨率则可达到广播级摄像机的分辨率则可达到700700线左右。线左右。4.4.照度照度单位被照面积上接受到的光通量称为照度。单位被照面积上接受到的光通量称为照度。Lux(Lux(勒克斯勒克斯)是标称光亮是标称光亮度度(流明流明)的光束均匀射在的光束均匀射在lmlm2 2面积上时的照度。监控摄像机的灵敏度面积上时的照度。监控摄像机的灵敏度以最低照度来表示，这是监控摄像
17、机以特定的测试卡为摄取标，在镜以最低照度来表示，这是监控摄像机以特定的测试卡为摄取标，在镜头光圈为头光圈为0.40.4时，调节光源照度，用示波器测其输出端的视频信号幅时，调节光源照度，用示波器测其输出端的视频信号幅度为额定值的度为额定值的10%10%，此时测得的测试卡照度为该摄像机的最低照度。，此时测得的测试卡照度为该摄像机的最低照度。所以实际上被摄体的照度应该大约是最低照度的所以实际上被摄体的照度应该大约是最低照度的1010倍以上才能获得较倍以上才能获得较清晰的图像。清晰的图像。目前一般选用黑白监控摄像机的最低照度，当相对孔径为目前一般选用黑白监控摄像机的最低照度，当相对孔径为F F1.41
18、.4时，时，最低照度要求选用小于最低照度要求选用小于0.1Lux;0.1Lux;选用彩色监控摄像机的最低照度，当选用彩色监控摄像机的最低照度，当相对孔径为相对孔径为F F1.41.4时，最低照度要求选用小于时，最低照度要求选用小于2Lux2Lux。5 5 同步同步 要求监控摄像机具有电源同步、外同步信号接口。对电源要求监控摄像机具有电源同步、外同步信号接口。对电源同步而言，使所有的摄像机由监控中心的交流同相电源供同步而言，使所有的摄像机由监控中心的交流同相电源供电，使监控摄像机场同步信号与市电的相位锁定，以达到电，使监控摄像机场同步信号与市电的相位锁定，以达到摄像机同步信号相位一致的同步方式。
19、摄像机同步信号相位一致的同步方式。对外同步而言，要求配置一台同步信号发生器来实现强迫对外同步而言，要求配置一台同步信号发生器来实现强迫同步，电视系统扫描用的行频、场频、帧频信号，复合消同步，电视系统扫描用的行频、场频、帧频信号，复合消隐信号与外设信号发生器提供的同步信号同步的工作方式。隐信号与外设信号发生器提供的同步信号同步的工作方式。系统只有在同步的情况下，图像进行时序切换时就不会出系统只有在同步的情况下，图像进行时序切换时就不会出现滚动现象，录、放像质量才能提高。现滚动现象，录、放像质量才能提高。6.6.电源电源 监控摄像机电源一般有交流监控摄像机电源一般有交流220V220V，交流，交流
20、24V24V，直流，直流12V12V，可根据现场情况选择摄像机电源但推荐采用，可根据现场情况选择摄像机电源但推荐采用安全低电压。选用安全低电压。选用12V12V直流电压供电时，往往达不直流电压供电时，往往达不到摄像机电源同步的要求，必须采用外同步方式，到摄像机电源同步的要求，必须采用外同步方式，才能达到系统同步切换的目的。才能达到系统同步切换的目的。7 7 自动增益控制自动增益控制(AGC)(AGC)所有摄像机都有一个将来自所有摄像机都有一个将来自CCDCCD的信号放大到可以使用水的信号放大到可以使用水准的视频放大器，其放大量即增益，等效于有较高的灵敏准的视频放大器，其放大量即增益，等效于有较
21、高的灵敏度，可使其在微光下灵敏，然而在亮光照的环境中放大器度，可使其在微光下灵敏，然而在亮光照的环境中放大器将过载，使视频信号畸变。为此，需利用摄像机的自动增将过载，使视频信号畸变。为此，需利用摄像机的自动增益控制（益控制（AGCAGC）电路去探测视频信号的电平，适时地开关）电路去探测视频信号的电平，适时地开关AGCAGC，从而使摄像机能够在较大的光照范围内工作，此即，从而使摄像机能够在较大的光照范围内工作，此即动态范围，即在低照度时自动增加摄像机的灵敏度，从而动态范围，即在低照度时自动增加摄像机的灵敏度，从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。提高图像信号的强度来获得清晰的图像。8 8 信噪
22、比信噪比也是摄像机的一个主要参数。其基本定信噪比信噪比也是摄像机的一个主要参数。其基本定义是信号对于噪声的比值乘以义是信号对于噪声的比值乘以20log20log，一般摄像机给出的，一般摄像机给出的信噪比值均是在信噪比值均是在AGC(AGC(自动增益控制自动增益控制)关闭时的值，因为当关闭时的值，因为当AGCAGC接通时，会对小信号进行提升，使得噪声电平也相应接通时，会对小信号进行提升，使得噪声电平也相应提高。提高。CCDCCD摄像机的信噪比的典型值一般为摄像机的信噪比的典型值一般为454555dB55dB。测量。测量信噪比参数时，应使用视频杂波测量仪直信噪比参数时，应使用视频杂波测量仪直 接连
23、接于摄像接连接于摄像机的视频输出端子上。机的视频输出端子上。9 9 背景光补偿背景光补偿 通常，摄像机的通常，摄像机的AGCAGC工作点是通过对整个视场的内容作平工作点是通过对整个视场的内容作平均来确定的，但如果视场中包含一个很亮的背景区域和一均来确定的，但如果视场中包含一个很亮的背景区域和一个很暗的前景目标，则此时确定的个很暗的前景目标，则此时确定的AGCAGC工作点有可能对于工作点有可能对于前景目标是不够合适的，背景光补偿有可能改善前景目标前景目标是不够合适的，背景光补偿有可能改善前景目标显示状况。显示状况。当背景光补偿为开启时，摄像机仅对整个视当背景光补偿为开启时，摄像机仅对整个视场的一
24、个子区域求平均来确定其场的一个子区域求平均来确定其AGCAGC工作点，此时如果前工作点，此时如果前景目标位于该子区域内时，则前景目标的可视性有望改善。景目标位于该子区域内时，则前景目标的可视性有望改善。10 10 电子快门电子快门 在在CCDCCD摄像机内，是用光学电控影像表面的电荷积累时间来操纵快门。摄像机内，是用光学电控影像表面的电荷积累时间来操纵快门。电子快门控制摄像机电子快门控制摄像机CCDCCD的累积时间，当电子快门关闭时，对的累积时间，当电子快门关闭时，对NTSCNTSC摄摄像机，其像机，其CCDCCD累积时间为累积时间为1/601/60秒；对于秒；对于PALPAL摄像机，则为摄像
25、机，则为1/501/50秒。当摄秒。当摄像机的电子快门打开时，对于像机的电子快门打开时，对于NTSCNTSC摄像机，其电子快门以摄像机，其电子快门以261261步覆盖步覆盖从从1/601/60秒到秒到1/100001/10000秒的范围；对于秒的范围；对于PALPAL型摄像机，其电子快门则以型摄像机，其电子快门则以311311步覆盖从步覆盖从1/501/50秒到秒到1/100001/10000秒的范围。当电子快门速度增加时，在秒的范围。当电子快门速度增加时，在每个视频场允许的时间内，聚焦在每个视频场允许的时间内，聚焦在CCDCCD上的光减少，结果将降低摄像上的光减少，结果将降低摄像机的灵敏度，
26、然而，较高的快门速度对于观察运动图像会产生一个机的灵敏度，然而，较高的快门速度对于观察运动图像会产生一个 停顿动作停顿动作 效应，这将大大地增加摄像机的动态分辨率。效应，这将大大地增加摄像机的动态分辨率。10 10 宽动态宽动态 宽动态技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色而运用的宽动态技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色而运用的一种技术。一种技术。解决方法就是用一颗解决方法就是用一颗CCDCCD，但是上面的每一点在单一时间内曝光两次，但是上面的每一点在单一时间内曝光两次，一次长曝光一次长曝光(低快门低快门)，一次短曝光，一次短曝光(高快门高快门)，所以每一点都有两个数，所以
27、每一点都有两个数据输出，就叫据输出，就叫”双输出双输出CCD”CCD”，正因为每点有两个数据输出，总资料，正因为每点有两个数据输出，总资料量就比一般量就比一般CCDCCD多了一倍，因此传输的速度得大上一倍才能把资料搬多了一倍，因此传输的速度得大上一倍才能把资料搬出来，所以又叫出来，所以又叫”双速双速CCD(Double Speed CCD)CCD(Double Speed CCD)。双输出双输出CCD CCD 扔出一扔出一个长曝光及短曝光的讯号给个长曝光及短曝光的讯号给DSPDSP，DSPDSP去运算再加总，所谓去运算再加总，所谓”宽动态摄宽动态摄像机像机”就出来了。就出来了。4.2.1 摄像
28、机的主要类型摄像机的主要类型、依成像色彩划分、依成像色彩划分 彩色摄像机：适用于景彩色摄像机：适用于景物细部辨别，如辨别衣着或景物的颜色。物细部辨别，如辨别衣着或景物的颜色。黑白摄像机：适用于光线不充足地区及夜黑白摄像机：适用于光线不充足地区及夜间无法安装照明设备的地区，在仅监视景间无法安装照明设备的地区，在仅监视景物的位置或移动时，可选用黑白摄像机。物的位置或移动时，可选用黑白摄像机。、依分辨率灵敏度等划分、依分辨率灵敏度等划分 影像像素在影像像素在38万万以下的为一般型，其中尤以以下的为一般型，其中尤以25万像素万像素（512*492）、分辨率为）、分辨率为400线的产品最普线的产品最普遍
29、。遍。影像像素在影像像素在38万以上的高分辨率型。万以上的高分辨率型。3 3、按摄像机形状划分、按摄像机形状划分 摄像机按外形划分主要有：枪式摄摄像机按外形划分主要有：枪式摄像机、针孔型摄像机、半球型摄像机。像机、针孔型摄像机、半球型摄像机。4 4、按、按CCDCCD靶面大小划分靶面大小划分 1 1英寸英寸靶面尺寸为宽靶面尺寸为宽12.7mm12.7mm*高高9.6mm9.6mm，对角线，对角线16mm16mm。2/32/3英寸英寸靶面尺寸为宽靶面尺寸为宽8.8mm8.8mm*高高6.6mm6.6mm，对角线，对角线11mm11mm。1/21/2英寸英寸靶面尺寸为靶面尺寸为宽宽6.4mm6.4mm*高高4.8mm4.8mm，对角线，对角线8mm8mm。1/31/3英寸英寸靶面尺寸为靶面尺寸为宽宽4.8mm4.8mm*高高3.6mm3.6mm，对角线，对角线6mm6mm。1/41/4英寸英寸靶面尺寸为靶面尺寸为宽宽3.2mm3.2mm*高高2.4mm2.4mm，对角线，对角线4mm4mm。5 5、按扫描制式划分、按扫描制式划分 PALPAL制。制。NTSCNTSC制。制。6 6、依供电电源划分、依供电电源划分220VAC220VAC，PALPAL系统。系统。24VAC24VAC。12VDC12VDC，国内摄像机多属此类。国内摄像机多属此类。
