1.摄像机
摄像机是电视监控系统的前端设备,也是取得第一手材料的设备,摄像机摄下的图像是否清晰、准确,直接决定电视监控系统的性能,所以摄像机的选型很重要。
(1)摄像机分类
1)按性能分类。
①普通摄像机。它工作于室内正常照明灯光下,或是室外的白天日光下。
②暗光摄像机。它工作在室内无正常照明的环境里。
③微光摄像机。它工作在室外月光或星光下。
④红外摄像机。它工作在室内外无照明的场所。
2)按功能分类。
①视频报警摄像机。当监视范围内有目标移动时,它能够向控制器发出报警信号。
②广角摄像机。它可用于监视大范围区域。
③针孔摄像机。它可用于隐蔽监视局部范围。
3)按应用环境分类。
①室内摄像机。它无外部防护罩。
②室外摄像机。摄像机装有外部防护罩,内设降温风扇、遮阳罩、加热器、雨刷等,以适应室外温度、湿度的变化。
4)按结构分类。
①固定式摄像机。它能监视固定目标。
②可旋转式摄像机。它带旋转云台,可上、下、左、右旋转。
③球形摄像机。它可作360°水平旋转、90°垂直旋转,同时还可以预置旋转位置。
④半球形摄像机。它吸顶安装,可作上、下、左、右旋转。
5)按图像颜色分类。
①黑白摄像机。其灵敏度和清晰度高,但不能显示图像颜色。
②彩色摄像机。它能显示图像颜色,但灵敏度和清晰度在同等情况下比黑白摄像机低。
(2)摄像机参数
1)清晰度。如同计算机显示器的分辨率用像素表示,像素越多则分辨率越高。摄像机的清晰度用线表示,分为水平线和垂直线,线数越多,则清晰度越高。黑白摄像机的水平线大多在450~600TVL,而彩色摄像机的水平线大多在230~420TVL。
2)信噪比。信噪比是指信号电平与杂波电平之比,杂波包括电源杂波、随机杂波、单频杂波等。摄像机的信噪比一般都大于40dB。
3)灵敏度—最低照度。一般摄像机的灵敏度是用被摄物体的照度来表示的,摄像机的标称灵敏度是对白色反射率为89.9%、黑色反射率接近零的测试卡而言的。通常摄像机给出最低照度。在应用中,为获得满意的图像,所需照度应比最低照度大得多。例如,为获得额定信号幅度,就应增大10倍。如果光圈达不到F1.4,而镜头的最大光圈为F4,则F1.4和F4的进光量相差三档光圈,即8倍,此时,被摄物体的照度应比最低照度大80倍,才能获额定幅度的信号。
电荷耦合式(CCD)摄像机对红外光是比较敏感的,如果在完全黑暗的地方进行监视,可加上红外光源。
CCD摄像机的最低照度一般为0.1~5lx。
4)同步方式。为防止在切换图像时产生闪跳现象,系统设备之间需采用外加同步信号,并配一台同步信号发生器。有些摄像机的同步信号可以锁定在供电的交流电源上,对这种摄像机只要与所有摄像机使用同一交流电源即可。
5)白平衡。彩色摄像机要真实还原被摄物的原色,必须白平衡正常,彩色摄像机的自动白平衡是自动调整的。在彩色摄像机中常有按钮ATWON(此时可实现自动跟踪白色平衡,即ATW)和OFF(此时只能实现自动白色平衡,即AWB或自动白色控制,即AWC)。
6)电子光线控制。很多CCD摄像机利用电子快门,根据入射光的强弱来调节CCD图像传感器的曝光时间,从而在光线变化较大时可不采用光圈镜头。一般的电子光线控制范围相应于电子快门在1/50~1/10000s范围内连续变化。
7)自动增益控制(AGC)。AGC可以提高低亮度情况下摄像机图像信号的强度。
8)逆光补偿。设有这种功能的摄像机,能够补偿在逆光摄像时图像出现发黑不清的现象。
9)环境温度。通常在-20~+50℃。
10)供电电压及功耗。供电电压通常为AC220V和DC24V,功耗为5~10W。
11)尺寸。CCD摄像机扫描的有效面积(靶面)通常是由等效的摄像管直径来标称的,有1/3in、1/2in、2/3in等。(www.xing528.com)
2.镜头
镜头的作用是收集光信号,并成像于摄像机的光电转换面上。镜头分为定焦镜头和变焦镜头。
根据单透镜成像原理,可知
1/L+1/L′=1/f(13-1)
式中,L为物距;L′为像距;f为焦距。
f等于常数的镜头即为定焦镜头,这种镜头的焦距在出厂时已设定完毕,不能再作调整。实用中,定焦镜头使用的较多。
可以推得,当L远远大于L′时,可求出镜头的放大率M为
M=L′/L≈f/L(13-2)
可见,对于某一个被摄物体,定焦镜头可以通过减少物距来获得大的图像,也可以不改变物距,而增加镜头的焦距来获得大的图像,也就是长焦镜头可以将远景拉近,感觉视野变小了,而短焦镜头可以将近景推远,感觉视野变大了。
与上述定焦镜头相反,变焦镜头是能在成像清晰的条件下,通过改变镜头焦距来改变图像大小的镜头。实际操作时,先利用短焦搜寻目标,之后把焦距调大,看清目标。对于电视监控系统而言,这一点很有实用价值。
除上述之外,还有一种自动光圈镜头,光圈(或称光圈指数和光圈数)是衡量镜头通光量的,它是镜头焦距与通光孔径的比值,用F表示。光圈越小,通光量越大;光圈越大,通光量越小。
3.云台
云台是摄像机的支撑、转动部件,能使摄像机改变摄像角度、监视范围更广。云台种类很多,按通用性分类,可分为通用型云台和特殊型云台,通用型云台又分为遥控电动云台和手动固定云台。按使用地点分类,可分为室内云台和室外云台。电动云台又分为左右摆动的水平云台、上下左右都能摆动的全方位云台。
4.视频切换器
在实际的电视监控系统中,监视点很多,若一个监视点就需要一个监视器观察,则系统成本很高,且在许多场合采用这种做法也完全没有必要。可以考虑用少量的监视器轮流监视多个监视点,即多入少出的方式,这时就需要视频切换器。
视频切换器的工作原理是按照一定的时序把摄像机的视频信号分配给特定的监视器。视频切换器的规格常用最大摄像机/监视器的配置来表示,有32输入/8输出、128输入/16输出、128输入/32输出、256输入/32输出等。切换的方式可以按事先设定的时间间隔对一组摄像机信号(如4台或8台)逐个循环切换到某一台监视器的输入端上,也可以在接到某一点的报警信号后,长时间监视这一区域的情况。
5.画面分割器
由于实际监视点很多,即便有了视频切换器,所需的监视器数量也会很多,其原因:一是监视器所占空间较大,不好安置;二是保安人员大范围巡视,既很疲劳,效果又不好。所以,人们提出了全景监视的概念,即让所有的摄像机信号都显示在有限的监视器屏幕上。
画面分割器就是实现全景监视的一种装置,多路视频信号进入画面分割器后再输入到一台监视器,就可在一台监视器屏幕上同时显示多个画面(多个摄像机输入的视频信号)。画面分割器分为二画面、四画面、十六画面,通过编程,每个画面的图像可以实现定格,也可以全屏放大。
6.监视器(也称显示终端)
由摄像机传送来的视频信号由监视器再现为图像,按其功能可分为三种:一种是图像监视器,它与电视接收机相比不含高频调谐、中频放大、检波、音频放大等电路,视频带宽可达7~8MHz,水平清晰度可达500~600线以上,显像管框内的画面在水平和垂直方向的大小可以自由调整,以便于对图像的全部画面进行检查;一种是电视监视器,兼有图像监视器和电视接收机的功能,可将广播电视信号转换为视频信号在屏幕显示的同时送往录像机进行录像,也可作为录像信号重放时的图像显示设备,还可对摄像机直接传送来的视频信号和音频信号进行监听、监视;再一种监视器是采用高档计算机,通过矩阵切换系统,将现场摄像机传送来的信号在计算机屏幕上再现。
7.视频录像机
视频录像机有两种:一种是连续式,像银行、博物馆等处,需长期录像;一种是间歇式,可以设置多种时间间隔模式,可以设置为周期性自动录像,也可以设置为收到报警信号后,自动进入连续录像状态。录像机内设有字符信号发生器,可在图像信号上打出“月/日/年/星期/时/分/秒/”录像模式,还能在图像上显示出摄像机与报警器的编号和报警方式。
8.传输部分
监视现场和控制中心之间有两种信号需要传输:一种是摄像机的视频信号传送至控制中心;一种是控制中心将控制信号传送至监视现场,控制现场设备。
视频信号传输采用同轴电缆、光纤或双绞线,使用双绞线传输时,需要加设视频适配器。
控制信号传输可以采用多种方式,第一种是直接控制传输,即控制中心直接将控制量,如云台和变焦镜头所需的电流、电压信号等直接送至被控设备,这种方式适用于现场控制设备较小的情况。
其次,当控制中心所控制的云台、镜头数量较多时,需采用多线编码的间接控制。在这种方式中,控制中心直接把控制命令编成二进制或其他方式的并行码,由多线传输给现场的控制设备,再将它转换成控制量,对现场设备进行控制。
另外,控制信号还可采用通信编码间接控制,这种方式采用串行通信编码控制方式,用单根线可以控制多路控制信号,到现场后再进行解码。这种方式可以传送1km以上,能够大大节约线路费用。
除上述之外,还有一种视控信号同轴传输方式,这种方式不需要另外铺设电缆,而是将控制信号和视频信号复用同轴电线。复用方式有两种:一种是频率分割,即把控制信号调制在与视频信号不同的频率范围内,然后同视频信号一起传送,到现场之后再分开;另一种是利用视频信号场消隐期间传送控制信号。在短距离范围内,同轴视控传输有明显的优点。
9.控制中心
控制中心负责控制电视监控系统中所有设备和图像信号的处理。
首先,控制中心可控制三可变镜头。“三可变”是指变焦、聚焦、变光圈,“三可变”包括长短(变焦)、远近(聚焦)和开闭(变光圈)控制。
其次,控制中心可控制云台的回转范围与旋转速度。水平回转范围通常为0°~350°,普通云台旋转速度恒定,水平方向3°/s~10°/s,垂直方向3°/s~5°/s。对速度有特殊要求时,可采用位置伺服控制装置,云台旋转速度可达200°/s以上。
再者,控制中心可进行画面切换控制:可控制视频分配器将一路视频信号分送多台监视器和录像机;可控制视频切换器将多路视频信号送往一台或多台监视器:可控制多画面分割器将4~16路视频信号合成一幅画面;可控制一台监视器/录像机同时显示/记录4~16路信号,并将其任意一路视频满屏回放。
另外,控制中心还可实现联动控制,如在火警、盗警发生时,可通过联动控制使视频监视系统转入监视状态,报警点摄像机切为主监视画面,可做特写、满屏显示,同时启动录像机做实时记录。
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