监控摄像头-监控设备使用及维修

监控摄像头-监控设备使用及维修 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 监控摄像头-监控设备使用及维修 在闭路电视监控系统中，监控摄像头是获取监视现场图像的最基本前端设备，因而如何 在一个实际的电视监控系统中正确地选择、使用监控摄像头，以及如何正确地设置、调整摄 像机的基本参数，对整个系统来说是十分重要的，而了解监控摄像头的原理又是选择、使用、 设置、调整与维修监控摄像头的前提。特别是，如果系统中的监控摄像头出现故障，监视现场的图像便不能正确地获取及传输，那么如果能够在现场对监控摄像头进行必要的检测、判断故 障的原因，并进行某种应急处理，其重要性则是不言而喻的了。 如需进一步的咨询学习，请登陆www.szacarte.com 奥卡特官方网站。总部将免费为大家提供监控摄像头相关的知识解说。 2(1图像传感器 图像传感器是监控摄像头的核心部件，都需要在摄 像机光学镜头后的成像面位置放置图像传感器，使监视现场的景物能够在图像传感器的 靶面上成像，并从传感器输出反映监视现场图像 电视监控系统中的主流监控摄像头均是采用CCD图像传感器。它具有分辨率高、灵敏度 高、信噪比高、动态范围宽等诸多优点，但由于生产工艺要求高，因此成本也高。近年 来，CMOS图像传感器的主要技术指标已经接近甚至超过CCD图像传感器，而其体积小、 集成度高、功耗低等诸多优点则是ccD图像传感器所无法比拟的，鉴于CMOS图像传感 器的高端应用已经开始用于广播电视领域的高清晰度(HDV)监控摄像头以及民用摄录一体 机，因而不难预测，基于CMOS图像传感器的监控监控摄像头将很快进入电视监控市场。 2(1-1 CCD图像传感器 CCD((~’harge(~oupled【)evice)称为电荷耦合器件，从结构上看，它是由一行行紧密 排列在硅衬底上的MOS电容器构成。这些MOS电容器分单元(分组)排列，每个单元 通常由4,8个MOS电容器组成，并引出各自的电极连接到不同的时钟线上，从而构成 了CC[)的主体;再加上输入二极管、输人栅、输出栅和输出二极管，就组成了电荷的输 入输出机构。为了增加电荷浓度，通常还要在CCD有源区的周围注人过量的三价或五价 元素。因此，当有光照射到CCD单元阵列 )时，阵列中的各MOS 单元就会产生大量的电子-空穴对，并(呈线阵或面阵排列 分列于各MOS电容器的等效极板上。这些根据光 照强度变化而成比例地产生的电荷会在时钟脉冲驱动下逐级耦合(即电荷在各MOS电容 器之间进行转移)，并从单元上的输出二极管输出，形成反映光照强度的电信号。 线阵排列的CCD图像传感器通常用于扫描仪和传真机等慢扫描设备上，它会在机械 扫描(线阵CCD图像传感器与平面图像作横向相对运动)的过程中，一行一行地对平面 图像的每一个微小的矩形区域(即像素)进行感光，从面将不同小矩形区域的平均灰度 转换为与该区域灰度值成比例的电信号，以一定格式存储并编码输出。 面阵排列的CCl-)图像传感器则用于摄像器件上。它实际 上是把通过光学镜头形成在CCI)靶面上的光像(表现为光照 强度随空间分布的变化，也即(2CD靶面上每一个像素点的亮 度并不完全一样)转换成随时间变化的电信号(以时间轴为 基准，cCD图像传感器在不同时刻输出的电压值是不同的)。 这个电信号在监控摄像头内经进一步的整形处理后(例如，对其 幅度进行并添加上行、场同步以及行、场消隐等信息，对 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 彩色监控摄像头还需要添加色同步信息)，即形成了可供监视器接 —1示出了面阵CCD图像传感 收并显示图像的视频信号。图2 器的外观，其中心部分即是CCD的感光靶面。 (2 CCD图像传感器的特性 2(1 图2一l 面阵(]CD图像 传感器的外观 在闭路电视监控系统的设计与施工中，根据监视现场的实 际情况来正确选配并调整监控摄像头是非常重要的一环，而ccD图像传感器又是监控摄像头的核 心，因此只有充分了解CCD图像传感器的特性，才能够针对监视现场的具体情况及用户 实际需求正确地配置性价比合适的监控摄像头，并通过精心调整而使监控摄像头工作于最佳状态。 CCD图像传感器的特性一般包括光谱特性、分辨率、暗电流、灵敏度和动态范围等。 1(光谱特性 光谱特性是图像传感器的最重要特性之一。图2—2给出了两种不同结构的ccD图像 传感器的光谱特性。由图可见， ccD图像传感器的感光光谱范围 覆盖了可见光区域和红外光区域。 因此，它除了能够对可见光成像 外，还可以对红外光成像。这就 是说，即使在夜间无可见光照明 的情况下，用辅助红外光源照明， 也可使ccD图像传感器清晰地成 像。特别是，对于高灵敏度的黑 白CCD监控摄像头来说，由于人体自 身会向外辐射微弱的红外光(因 为人体是有温度的)，因而不需要 魁 《 嗽 靛 罂 波长,” 图2-2 CCD图像传感器的光谱特性 辅助红外光源照明，CC[)图像传感器也可以对人体发出的红外光感光，这也是某些所谓 “人体透视”监控摄像头的成像原理，即用滤光片将可见光部分滤除，而仅使人体发出的红外 光透过镜头并成像。 2(分辨率 分辨率也是CCD图像传感器的最重要特性之一，一般用器件的调制转移函数 (MTF’)表示，而MTF与成像在CCD图像传感器上的光像的空间频率(线对,mm)有 关。这里，线对是指两个相邻的光强度最大值之间的间隔，它与后面将要介绍的CCD摄 像机的分辨率定义是不一样的。3(暗电流 图像传感器的暗电流起因于半导体器件因热激发产生的电子-空穴对。光信号电荷的 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 积累时间越长，其影响越大。CcD本身的缺陷是暗电流产生的主要原因，而且这种器件 本身的缺陷还使得暗电流的产生也不均匀，表现为在CCD处于非光照环境下也会产生固 定的图形(由于CCD靶面上没有光像，理论上是不应该有图形的)。暗电流的大小与温 度的关系极为密切，温度每降低10~C，暗电流约减小一半。 4(灵敏度 ccD的灵敏度一般用最低照度来表示，灵敏度高，则意味着使CCD感光成像所需的 照度就低，也说是说“有点儿光就能成像”。 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(1m)数，也叫做勒克斯(1x) 1 lx:1 1m,m。 上式中，lm是光通量的单位，其定义是纯铂在熔化温度(约1770~C)时，其l,60cm。的 表面面积于l球面度的立体角内所辐射的光量。 为对照度的量值有一个感性的认识，下面举一个例子进行计算。一只100W的白炽 灯泡，发出的总光通量约为1200 lm，若假定该光通量均匀地分布在一个半球面上，则距 该光源lm处和5m处的光照度值可分别按下列步骤求得 半径为1m的半球面积为 2,rr×1。=6(28 m。 距光源1m处的光照度值为 1200 lnl,,6(28m。=191 lx 同理，半径为5m的半球面积为 2盯×5。:157 m。 距光源5m处的光照度值为 1200 lrn,157m。:7(64 lx 可见，从点光源发出的光照度是遵守二次方反比律的。由此不难推论:对于白天室 外或大多数室内监视的场合，由于整个监视视场的光照度比较均匀，对监视效果不会有 任何影响;而一旦夜间以灯光照明，那么光源与被监视场景的距离就显得十分重要了， 距离稍远一些，被监视场景的光照度就会以二次方反比规律明显下降，以至于不能使 (]CI)图像传感器正常感光而影响监视效果。需要说明的是，装饰射灯内部有反射面，聚 光灯内部有会聚性更强的抛物反射面，因而它们在主照射方向上的光强度远比同功率的 泛光灯强，但在非照射方向的光强度则很弱。 5(动态范围 ccD图像传感器的动态范围是指传感器把最小光量到最大光量产生的信号电荷成比 例地收集到势阱内的能力，这里所说的势阱可近似理解为前述MOS电容器的下极板，它 具有存储并转移电荷的能力。因此，若CCD图像传感器的动态 范围宽，即是要求该传感 器既可以在低照度时有效地收集信号电荷，又可以保证在高照度时收集的大量信号电荷 不溢出。因此，CCD图像传感器的动态范围取决于势阱能收集的最大电荷量与由噪声确 定的最小电荷量之差，并通常用其对数来衡量。例如，日本松下公司在其CCD监控摄像头中应用的第二代超动态技术(super‘Dynamic:II)可使该监控摄像头的动态范围扩展80倍(相当 于38dB)，而日本欧姆龙公司生产的一款CMOS监控摄像头的动态范围则高达160dB。 6(噪声 (:CD图像传感器的噪声源主要包括:电荷注人器件时产生的噪声、电荷转移时因电 荷量波动产生的噪声、电荷读出时的噪声等，另外还有光子噪声、胖零(fat zero)噪声、 陷阱噪声、输出噪声和暗电流噪声等。其中，因为光子过程是随机过程，所以势阱里收 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 集的光信号电荷也是随机过程，因而是一种噪声源。它与CCD图像传感器无关，而是由 光子性质决定的，因此这是摄像器件工作原理上的限制。这种噪声在低照度摄像时更成 问题。输出噪声则是起因于输出电路转移过程中的一种热噪声。而暗电流噪声则与光子 发射一样，是一种因随机过程而引起的噪声。在每个CCD单元中，若暗电流不同，会产 生某种特定图形式噪声。另外，当器件的单元尺寸不同、间隔不同，也能产生噪声。该 噪声可通过改进光刻技术予以减少。 需要说明的是，在当今的数字电视监控系统中，无论是基于网络的数字视频传输还 是数字硬盘录像，大都采用了M(JPEG、M((JPEG2000、H(263、H_264、MPEG(1、 MPEG( 2或。MPEG一4等数字视频压缩处理技术，它们都是基于图像信号的相关(冗余)性质进 行压缩的。因此，如果CCD图像传感器的噪声太大，输出图像中与 能获得2300倍的增稀。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? -|uW„„一?H„日一u ??????????????????????????????????????? ????????????????????????????????????? ? ? 表2一l各种光源的蒉 ?5度 ? ? ? ? ? 光源 ? 照度,(1m,m。) ? 辐射照度,(w,m。) ? ? ? ? ????????????????????????????????? ?????? ????????????????????????????????? ???? ? 直射太阳光 ? 105 ? 5×103 ? ? ? ? ? ? ? ????????? ? 阴天 ? 103 ? 50 ? ? ? ? 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 ? ? ? ????????? ? 傍晚 ? 10 ? 5×10一 ‘ ? ? ? ? ? ? ? ????????? ? 月亮光 ? lO—I ? 5×10一3 ? ? ? ? ? ? ? ? ????????????????????????????????? ?????? ????????????????????????????? ? ? ? ? 2(1(4 CMoS图像传感? 星光 ? lO一3 ? 5×10一5 器 ? ? ? ? ? ????????? ? CMOS(Complementary Metal—Oxide-Semiconduetor，互补型金属氧化物 半导体)集成 ? ? ? ? ? 电路的输出结构由一个N型MOSFEF(:MOS场效应晶体管)和 个P 型MOSFE~[’ 串联而 ? ? ? ? ? 成。因为N型MOSF’E3’和P型MO钳’El、是相互补偿的，所以这种 半导体被称为 互补型 ? ? ? ? ? ????????? ? ? ? ? ? ? ????????? ? ? ?暖嗣 ? ? MOS——CMOS。 ? ????????? ? 与CCD图像传感器相比，CMOS图像传感器在分辨率、光照灵敏度和 信噪比等方面。 ? ?一】 ? ? ? 均处于劣势，但近些年来有了显著的改善，而其在成本、集成度和功耗 等方面的优势 则 ? ? ? ? ? ????????? ? ? ? ? ? ? ????????? 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 ? ? ??=- ? ? ? 比ccD图像传感器更胜一筹，因为它可以方便地将A,D转换和DsP(数 字信号处理) ? ? ? ? ? ????????? ? 等多个功能模块集成于传感器自身的单个芯片中。 ? ? ? ? ? ? ?鞫 ? ? ????????? 1-CMoS图像传感器整体结构 ? ? 图24为cMOs图像传感器的简略结构，其各个像素的读取分别受水平 及垂直移位 ? ?磁 ? ? ? ????????? ? 寄存器控制，另外，在图24所示的CMOS图像传感器基板上 ????????? ? ? ? ? ????????????????????????????????? ?????? ????????????????????????????????????? ? Digits_l converter，ADC)模块，使得整个传感器的功能更加 ? ?[ ?骝:::; ?j ? ? ? ? ?垂 ? ?直 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 完全，且结构更加紧凑，这一点是CCD传感器所无法比拟 ?移 ? ?[ ? ? ? ? ? ? ? ?位 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 的 ?寄 ? ? ? ? ? ? ? ? 。 ? ? ? ????????????????? ? ? ? ? ?存 ? ?亡)_{?】_-[]—亡]_一一一匕] ? ? ? ? 图24中的CDS模块丰要用干消除因像素自身原丙产毕 ? ?器 ? ? ? ? ? ? ??????????????????????????????????????? ????????????????????????????????????? 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 ? 的曝占 Anr馗七扛的侄田呵“皂输m后R吐L幺傍壶 羔 ? ? ? ??????????????????????????????????????? ????????????????????????????? ? ? ? u一‘不瓜， 川u’伏，人H了l r，lJ一(J肛佣q L工J从呱1=r卧水r】1=r口J 姒丁 ? ?—诩 cDs ? ? ? ? ? 信号，它既可有效防止模拟杂波信号的干扰，又便于在其后 ?时 ? <乡 ? ? ? ? ? ? ? ??????????? ? ?序 ?刮 AD(: ? ? ? ? ? 接数字信号处理器(DsP) ?控 ? ? ? ? ? 芯片。 ? ? ? ??????????? ? ?制 ? {乡 ? ? ? ? ? 在实际电路中，ADC既可以是单一结构的，也可以是 ? ?=割 水平移位寄存器 ? ? ? ? ? —9厶口牡士h ，扁I由n ?r旨工佰 百II朋5鼻j埘 厶口 ，、、 、鬲 ? ? ? ? ? ? ????????????????????????????????? ?????? ????????????????????????????? ? ? ? 夕组绢俐H’J L?U义U，刖世丁撙一岁U’琢糸确p月U—z且Au 乙J o 1岜 ? ? ? ? 常单一ADC结构受其频宽(转换速率)的限制，不适合高 图2_4 CMOS 图傺传感器 ? ? ? ? ????????? ? ? ? ? ? ????????? ? ? ? ? ? ????????? ? 分辨率图像传感器，而多组ADC结构则会因各个ADC产生 的简略 结构 ? ? ? ? ????????? ? ? ? ? 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 ? ????????? ? 的杂波电平不同而在图像画面上形成固定的竖条状干扰噪声(I~ixed Pattern Noise)。当 ? ? ? ? ? ? ? ? 然，这种干扰也可以由第二个类似CDS的电路以模拟或数字方式加以 拟制。 ? ? ? ? ????????? ? ? ? ????????????????????????????????? ?????? ????????????????????????????????? ???? 11于0(1lx。因而CMOS图像传感器取代CCD图像传感器已成为必然之势。 MICRON公司已于2003年底开发出了具有200万像素的MT9D001和300万像素的 MT9T001两款CMOS图像传感器[均为12(7mm(1,2 in)靶面]，其最低感光照度达到 1(0 lx，可以输出每秒30帧、分辨率符合超级扩展视频图形阵列(UXGA)、扩展视频图 形阵列(XGA)和视频图形阵列(VGA)格式的活动图像。 安捷伦公司于2003年5月推出的CMOS图像传感器模块则将基于硬件的JPEG压缩 内核以ASIC的形式紧密地集成于一体，因而一个芯片即可以实现图像传感及视频压缩， 再配上接口芯片即可很容易地构成通用串行总线(USB)接口监控摄像头或网络监控摄像头。 日本松下公司则于2004年2月推出了像素间距仅2(25trm的CMOS图像传感器，比 目前行间转移CCD图像传感器最小像素间距(2(35I~m)还要小，这就意味着，采用该 ,4in的传感器靶面上集成约200万像素，而此前应用于同样靶 项技术可以在1 面尺寸的 CMOS监控摄像头中的图像传感器仅为30万像素左右(对应像素间距约为5(8pLm)。虽然 像 素间距减小使像素尺寸进,步减小，但通过修改每个像素中使用的晶体管的配置而增大 了像素的孔径比(即光敏二极管所占的像素表面积大小)，因而新型CMOS图像传感器的 低照度和信噪比特性并没有劣化。由于可以采用更小尺寸的图像传感器生产CMOS摄像 机，因而可以使与监控摄像头配套的光学镜头尺寸进一步减小，或者在同样尺寸时，镜头的 变焦倍率进一步提高。 2005年1月，日本尼康公司推出了一款采用索尼CMOS图像传感器的Nikon D2X高 端单反数码相机，其像素数高达1284万(有效像素1240万)，由于采用了4个通道(两 个绿通道、一个红通道和一个蓝通道)并行输出，其成像速度极快，并有很高的信噪比。 据《日经电子》报道，该技术同样适合于各种用途的CMOS监控摄像头。随后，世界上第 一 款采用3片1,6in CMOS图像传感器的DCR—PCI000E高档民用数码监控摄像头由索尼公 司于 2005年2月推出。该机配有10倍光学变焦镜头，并具有120倍数码变焦能力， 由于采用 了索尼公司最新的“增强型影像处理器”，可实现更高质量的影像拍摄，并可捕捉高达 280万像素的高清晰静态图像。2005年8月，在北京国际广播电影电视设备展览会上， 索尼公司又推出了基于CMOS图像传感器的HDV格式的HVR(A1C高清晰度广播级数字 )，可以并重放1080,50i格式的高清晰度数字电视信 摄录一体机(暂定版 号或Dv( ? 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 CAM和DV(sP)格式的清晰度数字电视信号。 2(2监控摄像头的构成 CCD监控摄像头分为黑白和彩色两大类，其中黑白CCD监控摄像头具有更高的灵敏度以及彩 色监控摄像头所不具备的红外感光特性，但是随着彩色转黑白技术的不断成熟，纯黑白CCD 监控摄像头的应用已越来越多地被具有彩色转黑白功能的日夜两用型监控摄像头所代替。 2(2(1黑白CCD监控摄像头的组成 监控摄像头要将所摄取的图像在电视机或监视器上正常地显示出来，必须按不同国家的 电视标准所要求的信号格式输出符合电视标准的视频信号(闭路电视监控系统中采用的 视频信号格式与广播电视采用的视频信号格式是完全一样的)。因此，除了图像传感器 12外，监控摄像头的工作电路还应有同步信号产生、视频信号处理及电源等外围电路。图2-5 示出了黑白CCI)监控摄像头的原理框图。 视频信号输出 图2(5黑白CCD监控摄像头原理框图 在图2(5中，定时脉冲、同步信号发生器是CCD监控摄像头中的一个主要部分，它为 CCD图像传感器的扫描以及最终视频信号的形成提供了所需的各种同步及消隐脉冲。 放大及信号处理是CCD监控摄像头中的另一个主要部分，因为由CCD图像传感器输出的 微弱电信号经预放器后，还须经过一系列的处理才能形成符合电视标准的视频信号。这 一系列处理过程主要包括图像信号的钳位、黑白切割、压缩、补偿与校正、混消隐信号 以及信号的放大处理等。其中钳位过程是为了恢复视频信号因RC交流耦合放大而失去 的直流分量，还可以消除信号中的低频干扰;黑切割过程通过在信号中混人大幅度的负 极性消隐脉冲再进行切割而将杂波与消隐脉冲一起切掉，以去除消隐期间的杂波，并建 立正确的黑电平;白切割过程通过切除某些白色信号而达到限制信号幅度的目的，以防 止后级放大器工作于饱和状态;y校正电路用于补偿监视器在显示图像时，屏幕显示亮 度与实际景物亮度呈现的非线性关系，使从监控摄像头端的“光一电”转换直到监视器端的 “电一光”转换这一整个信号传输链路呈完美的线性关系;混消隐过 程是根据电视标准在 图像信号中混人标准消隐脉冲，以建立2,一5,的黑电平，把消隐电平与黑电平分开; 最后的视频放大与输出电路则要求监控摄像头能够输出一定的功率、输出阻抗低且增益稳定， 并要求输出信号的线性好、频带宽，在深度电压负反馈的前提下，视频放大与输出电路 可达到8MHz的带宽，输出标准信号幅度为0(7u，。(U，。指峰一峰电压)，非线性失真应 小于5,。 2(2(2彩色CCD监控摄像头的组成 为了能输出彩色电视信号，监控摄像头电路中要处理红、绿、蓝(简记R、G、B)三种 基色信号。因此，仿照早期的3个摄像管式的监控摄像头工作原理，最初的彩色CCD监控摄像头 都是由三片CCD图像传感器配合彩色分光棱镜及彩色编码器等部分组成。然而随着技术 的不断进步，通过在CCD靶面前覆盖特定的彩色滤光材料，用两片甚至单片CCD图像传 感器也可以输出红、绿、蓝三种基色信号，从而构成两片式或单片式彩色CCD监控摄像头。 目前的三片式彩色CCI)监控摄像头属于高档设备，几乎全部用于广播电视系统及高档民用系 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 统，而应用于闭路电视监控系统中的彩色监控摄像头则绝大多数都是单片CCD式的。值得一 提的是，2003年夏，日本索尼公司在全世界率先提出了4色CCD的概念，即在传统的 13红、绿、蓝三种基色之外增加了名为“艳绿色”的近似蓝绿色的色彩，并开发出相应的 4色ccD图像传感器。与此同时，还配套开发出了相应的信号处理LsI(大规模集成电 路)。这种4色CCI)图像传感器可以使彩色成像更接近于人眼的彩色视觉特性，因而成 像色彩更加自然、逼真。 2(2(2(1三片式彩色CCD监控摄像头 三片式ccD监控摄像头具有三个CC[)图像传感器，分别接受从分光棱镜分出的红、绿、 蓝三基色光信号，经光电转换后送入各自的信号处理电路，最后经彩色编码后输出。图 2—6示出了三片式ccD彩色监控摄像头的结构框图，其中CCD(R)、ccD(G)、ccD(B) 分别为三片同样结构的面阵CcD传感器。 图2_6 三片式(2CD彩色监控摄像头结构框图 由于图2-15中有三片ccD图像传感器， 以使每一片CCI)图像传感器能够同时感光， 镜。 因此，透过摄像镜头的光线必须一分为三， 这种能使光线一分为三的器件即称作分色棱 分色棱镜由几块楔状的多棱镜组成，各棱镜表面镀有多层薄膜，薄膜的厚度和折射 率决定着棱镜的选色性能，可反射某些波长的光而透过另一些波长的光，从而起到分色 作用。由于薄膜的分色原理是基于光的干涉现象，所以这种薄膜也被称为干涉膜(关于 光的干涉原理请参见物理学有关 在上述空间像素错开法中，亮度信号可用下式表示 y，=0(33R’+0(50G’+0(17B’ 由于上述值稍稍偏离了O(30:0(59:0(11的电视标准，因而将产生亮度重复误差，但 并不影响实际使用。 通常，在行间转移型的CCD图像传感器中，一个场扫描周期中，可读出一半像素的 电荷，而在下一个场扫描周期，则会读出余下的另一半像素的电荷，如此交替进行，即 可实现现行电视隔行扫描的标准。在这种场合，在每一个场扫描周期中调整读出全像素 电荷的场存储模式，图像传感器有效处理的电荷量就能增加一倍，从而扩大动态范围， 提高信噪比。 日本索尼公司的DXC(390P三片式彩色CCD监控摄像头即是采用了三片 3in) 8(5mm(1, 的高灵敏ExwaveHAD型CCD图像传感器，可用于高质量要求的闭路电视监控系统中。 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 该机的图像分辨率达到800线，且信噪比高达61dB，而其体积则与普通单片CCD监控摄像头 相当，重量仅370go 2(2(2(2单片式彩色CCD监控摄像头 在闭路电视监控系统中使用的彩色监控摄像头绝大多数都是单片式CCD监控摄像头，一片 CCD传感器相当于要对3路光信号感光，相当于3个光敏单元才对应一个彩色像素，因 此，单片式彩色CCD监控摄像头的分辨率不如三片式彩色CCD监控摄像头高，但成本也相应低许 多。 1(彩色滤色器阵列 与三片式彩色CCD监控摄像头不同，单片式彩色CCD监控摄像头中不再需要分色棱镜，取而 代之的是彩色滤色器阵列(Color Filter Array，CFA)。它直接覆盖在CCD图像传感器的 表面，使每一个CCD感光单元仅接收经相应颜色滤色器过滤后的光谱成分，从而使单片 CCD晶片输出红、绿、蓝三基色信号，因而单就最终的效果来看，它与分色棱镜分光后 再经三片ccD芯片输出红、绿、蓝三基色信号是一样的。 从物理结构上看，CFA相当于在CCD晶片表面覆盖数十万个与感光单元面积大小相 等的三基色滤色片。这些微小的滤色片按一定的规律排列，例如，拜尔(Bayer)CFA结 构的微滤色片的排列规律是:奇数行按R、G、R、G、R、G、R、G、„排列，而偶数行 按G、B、G、B、G、B、G、B、„排列;而在行间排列CFA结构中，微滤色片的排列规 律则是:奇数行按R、G、B、G、R、G、B、G、„排列，而偶数行按G、R、G、B、G、 R、G、B、„排列。无论是哪一种结构，绿色微滤色片占了全部滤色片的一半，而红色 和蓝色滤色片则分别占全部滤色片数的1,4，这是因为人眼对于绿色的敏感度要比对红 色、蓝色的敏感度高。对于隔行扫描的电视摄像系统来说，行间排列的CFA结构可以有 效消除拜尔CFA结构引起的半场频间隔的黄,青色闪烁。 2(补色式滤色器 新型彩色监控摄像头的CCD传感器大多采用了补色式CFA。例如，SONY公司的 ICX059CK型8(5mm(1,3 in)彩色CCD传感器即采用了补色式CFA。三种补色信号分 别是品红(Mg)、黄(Ye)和青(cy)，它们分别由R、G、B三基色信号两两相加而形 15成，即::Mg=R+B、Ye=R+G、Cy=B+G。在实际运用中，这三种补色与绿色(G) 相间排列，共同构成补色式CFA。 补色式cFA对G光的透过率影响极小，只有品红色Mg膜会阻挡G光，但任意相邻 的四个像素信号相加时，Mg+G都会得到白色信号。考虑到G光对亮度的贡献最大，所 以补色式CFA对景物的亮度传输损失很小，从而提高了监控摄像头的灵敏度。有的补色式 CFA用白色透明膜代替G色膜，灵敏度可以进一步提高。 3(单片式CCD彩色监控摄像头的结构 单片式CCD彩色监控摄像头的结构如图2(7所示，它一般由摄像镜头、带镶嵌式彩色滤 色器阵列的CCD传感器、将传感器读出的图像信号分离成三种基色信号的彩色分离电 路、三种基色信号的处理电路以及彩色编码器等电路所组成，其中1 H延迟表示信号被延 时一个行周期的时间。 透镜CCD 钇 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 滤菩器 I 』 高通分离 彩 色 编 码 器 图像输出 图2-7 单片式CCD彩色监控摄像头的结构 滤色器和摄像单元具有相同的跨距(即每个滤色器片对应于CCD图像传感器的一个 像素)，在那里，绿、红、蓝的滤色器呈镶嵌状地并排安置，透过镜头的景物信号经过滤 色器后在CCD芯片上成像，然后，从形成的光学图像中取出含有彩色信息的图像信号， 再和lH延迟线取出的图像信号一起送人彩色分离电路。分离出来的三基色彩色信号通过 各自的低通滤波器之后，经放大再进入彩色编码器，从而得到复合图像信号(视频信号) 输出。 4(图像信号处理方式 图2—8示出了图像信号处理方式，首先，从CCD的输出信号中分离出红、绿、蓝三 基色视频信号，然后根据这三基色信号合成彩色电视信号。这种方式把CCD的输出信号 以及将它延迟相当于一个水平扫描周期的延迟信号(即1个行周期的视频信号，简记为 !竺旦}__(-1缓冲h(11H延迟h————耳] G。 减法 畔 号放划lYL 赢州湍梳 图2_8 图像信号处理方式 亟卜鬟詹霉 16 茎一 茎一1H视频信号)通过彩色分离电路，形成红、绿、蓝三基色信号。 由图2—8可见，彩色分离电路输出的绿色信号G经3(58MHz的低通I滤波并放大后 被分为两路，其中一路绿色信号与红、蓝色两路信号分别经0(9MHz的低通1I滤波，得 到低频三基色信号，它们分别经缓冲、处理后共同进入亮度信号放大电路，得到低频亮 度信号Y11(另一路绿色信号与经过低通II滤波后的低频绿色信号相减，可得到高频绿色 信号G。(用作亮度信号的高频分量)，用于保证彩色监控摄像头的高分辨率，因而G。与Y。 相加后可形成全带宽的亮度信号。而低频的红、蓝色信号与Y。相减后分别形成R—Y和 B—Y色差信号，它们被相差90~’的副载波正交调制后进行混合可形成已调色度信号，再与 上面得到的全带宽亮度信号以及由同步电路来的复步信号sYNc相混合，即可形成 标准的复合视频信号(彩色电视信号)。 2(2(3彩色转黑白CCI)监控摄像头 彩色监控摄像头的最大缺点是不适合于红外线感光，因此在光线黑暗且不能有可见光照 明的夜视监控场合，一般还是用黑白监控摄像头并配以红外灯辅助照明进行监视。在早期的 闭路电视监控系统中，有人曾在某军区哨所的4个不同监视点处各同时放置彩色及黑白 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 两个监控摄像头，并将每点的两路视频信号同时引入监控室。白天看彩色图像，夜晚当彩色 图像看不清时就切换到黑白监控摄像头，并打开红外灯作辅助光源，继续观看黑白图像，从 而保证24h不间断监视。 至20世纪90年代中后期，有厂家推出了可自动进行彩色与黑白转换的日夜两用型 监控摄像头。如英国NORBAIN公司推出的VISTA VPCM日夜两用高性能监控摄像头，它采用了特 殊的红外线感光处理技术，它在白天可以正常输出高清晰的彩色视频信号，而夜晚在红 外灯的辅助照明下也可以输出高清晰的黑白视频信号。该产品采用了12(7mm(1,2 in) 的CCD图像传感器，分辨率高达580线，彩色灵敏度为1(5 lx，黑白灵敏度为0(1lx。 日本JVC公司在其TK—Nl:100E监控摄像头的内部分别安置了彩色和黑白两片不同的CCD 图像传感器，并通过分光棱镜使两片CCD同时感光，如图2_9所示。在白天光照度合适 时，彩色光路可以正常输出彩色视频信号(TK(Nll00E在彩色工作方式下且当AGC置为 ON时的最低照度为2lx,F1(2)，而夜晚光照度不足时，监控摄像头可以自动切换到黑白光路。 图2_9双(2CD监控摄像头的光路结构 17由于此时的感光单元为黑白CCD图像传感器，因此它可以在红外灯的辅助照明下，输出 清晰的黑白视频信号(TK-Nll00E本身内置了3m射程的红外光源，因而此时的环境照 度达到Olx时也可以使黑白CCD图像传感器成像，但此时监控摄像头的功耗将由7(5w增加 到13w)。由于这种监控摄像头的内部除视频处理等部分电路可以共用外，其他部分彼此独 立，几乎相当于两部独立的监控摄像头，因此价格昂贵。 TK(Nll00E采用了8(5mm(1,3in)行间转移CCD传感器，分辨率为460线， 并具 有自动跟踪白平衡功能，其跟踪方式可为G—Mg轴或R—B轴，还具有用于Ge(nlock操作的 外同步输入端(可以是复合或黑场色同步参考信号)，当使用参考信号时，监控摄像头会自动 变换到外同步锁相方式。另外，TK-N1100E还具有从1,50一l,100008共9档电子快门， 可在自动或手动方式下工作。当监控摄像头工作于自动电子快门方式时，它可以根据入射光 线的强度来自动调节电子快门速度;当光线降低到某一阈值时，其自动增益控制(AGC) 电路可自动提升监控摄像头的灵敏度;当光照度进一步降低到某一阈值时(如由黄昏到傍晚 期间)，该监控摄像头则自动切换到黑白方式(此时监控摄像头上有一发光二极管指示灯将变 亮)。 目前市场上的彩色,黑白自动转换型监控摄像头大都采用单一彩色CCD图像传感器，因 而在白天或光源充足时等同于普通彩色监控摄像头，而当夜晚降临或光照度不足时(一般在 1—3l】【)，便通过DSP处理自动转换为黑白图像显示方式。同时，为了进一步增强红外光 的光通量，这种监控摄像头还通过一个内置的微型电动机将彩色监控摄像头中不可或缺的专用于 红外线滤除的红外滤光片移开，从而有效地提高了CCD靶面上的光照强度。不过，由于 滤光片的移开直接影响了光线的折射率，再加上CFA的作用，黑白图像的成像效果(如 亮度及清晰度)不及普通黑白监控摄像头或双CCD型彩色,黑白两用机。 松下公司的WV—CP470(AC220V)和Wv—CP474(AC24(V或DCl2V)是采用超动态 (SD—II)技术的日夜两用型高分辨率监控摄像头。它采用了8(5mm(1,3 in)的双速CCD传 感器，并可自动或手动切换彩色,黑白工作模式，其中在彩色模式时的分辨率为480线， 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 最低照度为0(81x,F1(4;而在黑白模式时的分辨率达到570线，最低照度为0(1Ix,F1(4。 由于应用了电子光线控制(ELC)，该监控摄像头在一般室内环境使用时，配用定焦镜头即可 获得稳定亮度的图像。另外，该监控摄像头还增加了报警输出端子，能够在内置的数字移动 检测器检测到运动图像时，自动输出报警信号到其他外接设备上。图2(10为wv—CP470 侧、后面板及接线端子分布示意图。 BOSCH(博世)公司的【,TC 0495、LTC 0620等Dinion系列日夜两用型监控摄像头采用了 15bit数字处理技术，因而具有极宽的动态范围，它们的黑白最低照度仅分别为0(0381x, F1(2和0(024Ix,F1(2，还可以通过提升红外线灵敏度来获得更佳的夜视性能。监控摄像头内 的红外滤光片既可以通过感测光照强度或接收报警信息而自动切换，也可以通过外接报 警、功能表或Bilinx同轴视控界面而手动切换。这里，基于单同轴电缆的Bilinx双向通信 技术可以将有关数据嵌入到视频信号中，使操作者在远端即可通过视频同轴电缆检查摄 像机的状态，并对监控摄像头的参数进行设置，甚至更新监控摄像头的固件(I~irmware)。另外， 该Dinion系列的监控摄像头还具有视频移动检测功能，允许用户选择多达4个可完全编程的 检测区，且每个区可以分别设置不同的灵敏度阈值，还可检测出因照明条件突然变化而 引起的假报警。在编程设置方面，监控摄像头预设了三种独立的操作模式，可用于三种不同 18图2一lO WV(CP470侧、后面板及接线端子分布示意图 的典型应用场合，但对于某些特殊应用场合，也允许用户对其全面编程。通过 信或外部报警输入，可以方便地使监控摄像头在三种操作模式之间进Bilinx通 行切换。若是在无红外 灯照射的月光下工作，监控摄像头的灵敏度提升功能可通过延长CCD的电荷积累时间而使灵 敏度提升10倍，即分别达到O(0038lx,F1(2和0(0024(1x,F1(2。 2(2(4 CMoS监控摄像头 除了图像传感器不同外，CMOS监控摄像头的工作原理与CC[)监控摄像头完全一样。不过， 正是因为图像传感器的进化，将监控摄像头所需的许多信号处理电路都与图像传感器集成于 一体，才使得CMOS监控摄像头具有集成度高、体积小、成本低等诸多优点，并大有在若干 年后取代CCD监控摄像头并进军电视监控市场之势。例如，世界上第一款采用3片4(23mm (1,6in)CMOS图像传感器的高档民用DCR—PCI000E数码监控摄像头已由索尼公司于2005年 2月推出，而基于CMOS图像传感器的HDV格式高清晰度广播级HVR(A1C数字摄录一 体机(暂定版)也已于2005年8月在北京展览会上问世。 2(3监控摄像头的基本参数 监控摄像头有许多表示其性能的参数，其中主要参数有分辨率、最低照度和信噪比等， 彩色监控摄像头则增加了白平衡等更多的参数。这些参数综合反映了监控摄像头性能，但在不同 的应用环境下，对监控摄像头各参数的要求也不尽相同。特别是，对同一参数来说，不同厂 家对该参数的定义并不完全一样，因而导致具有同样参数的两款不同厂家的监控摄像头在实 用中的性能(或监视效果)会有较大差异。因此对于从事闭路电视监控系统设计及其使 用人员来说，充分了解监控摄像头的基本参数及其定义是十分重要的。 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 192(3(1黑白监控摄像头的基本参数 黑白CCD监控摄像头的主要参数有:分辨率、最低照度和信噪比等。在选择监控摄像头时， 除了要考虑这些参数外，还要考虑监控摄像头的附带功能及价格和售后服务等诸多因素。以 下对监控摄像头的几个主要参数分别加以介绍。 1(像素数 像素数指的是监控摄像头CCD图像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500H×582V、’752H×582V，有些则给出了前两者的乘积值，如30万、40万 像素。对于一定尺寸的CCD芯片，像素数越多，则意味着每一像素单元的面积越小，因 而由该芯片构成的监控摄像头的分辨率也就越高。目前在闭路电视监控系统中使用的监控摄像头 的像素数一般为30,40万像素，一些民用高档DV监控摄像头的像素数达到 了百万级。虽然 数码相机所用CCD图像传感器的像素数可高达500,1200万像素，但这仅限于静止图像 的输出，当输出活动视频信号时，受现行电视系统扫描格式的限制，其等效像素数仅为 其最大像素数的十分之一左右。 2(分辨率 分辨率是衡量监控摄像头优劣的一个重要参数，有水平分辨率和垂直分辨率之分，其中 水平分辨率是指在监视器屏幕上在水平方向能够分辨出的黑白线条数，而垂直分辨率则 是指在垂直方向能够分辨出的黑白线条数。受现行电视扫描系统的限制，垂直分辨率最 高不超过正程扫描的扫描线数(我国电视标准规定正程扫描575行)，考虑到隔行扫描因 素以及人眼在垂直方向的分辨能力，实际有效垂直分辨率一般为400,450线。 在不特别注明的情况下，监控摄像头的分辨 率均指的是水平分辨率，它是指监控摄像头在摄 取等间隔排列的黑白相间竖直条纹时，在监 视器(应比监控摄像头的分辨率高)上能够看到 的最多线条数。由于图像传感器靶面上的 CCD感光单元有一定的面积，当在一定距离 远处拍摄竖直黑白条纹图案时，它在CCD靶 面上形成的图像过于密集时，每个感光单元 就可能被一对以上的黑白线条所覆盖，结果 每个感光单元输出的就只能是一对以上黑白 图2?11分辨率测试卡 线条的平均灰度值了，在监视器屏幕上则只能看到灰蒙蒙的一片，而不再能分辨出黑自 相间的线条。 分辨率的测试通常是用监控摄像头去拍摄图2一11所示的分辨率测试卡，并通过波形监视 器来读取数据的。其具体方法如下: (1)按图2—12布置测试环境。将分辨率测试卡置于标准测试灯光盒上，距监控摄像头约 3m远。监控摄像头的视频输出端接波形监视器，并使波形监视器的输出连至高分辨率黑白监 视器上。 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 (2)景物照度设定为2000Ix，光源色温设定为3200K。 (3)调节镜头焦距(或选配合适的定焦镜头并前后稍稍移动监控摄像头)使分辨率卡的 20标准测 图像充满监视器屏幕， 清晰。 图2(12分辨率测试系统 并通过精确对焦使图像最 分辨率测试卡 (4)用选行示波器观察图2一ll所示的分辨率 测试卡，得到图2一13所示的波形。 (5)调节镜头光圈使信号白电平达到100, (700mV)，则此时调制深度刚超过5,的电视线 数即为极限分辨率。 图2—14给出了由中国广播电视工业协会数码 影像委员会DV推广中心制作的标准清晰度电视 钡ll试卡。 图2一13选行波形 深『殳 00,视频电平 图2一14标准清晰度电视测试卡 —„„一„偏蓝的现象。 自动白平衡通常有两种处理方法。第一种方法是将处理放大器输出的红、绿、蓝三 基色信号送人白平衡电路，分别经白平衡窗口(也称为白平衡门)脉冲取样后加以整流， 以得到平均直流电平，再将红路和蓝路的平均电平分别与绿路的平均电平进行比较。以 绿路电平为基准，将所得的误差电压放大后送回处理放大器的增益控制级，从而改变红、 蓝两路的增益，使其输出信号电平与绿路信号电平相等，实现白平衡。 第二种处理方法是将色差信号R—Y和B—Y送入自动白平衡电路，经阻容网络积分 后，与零电平进行比较。当拍摄白色景物并达到白平衡时，两个色差信号都应当是零。 因此，通过将色差信号与零电平进行比较即可实现白平衡调整。例如，当R—Y>0，则 比较器输出电压就加到红路增益控制级使其增益减小，直到R—Y=0为止。反之，若 R—Y<0，则红路增益应当增大。蓝路增益的控制方法与红路相同，但它是由B—Y信号 控制的。 现行的彩色监控摄像头大多具有 ’ 2(4(1 自动光圈 在闭路电视监控系统的实际应用中，监控摄像头通常都是在大范围光照度变化的场合下 应用的，如早晚的光照度与中午的光照度有很大的差别，晴天的光照度与阴天的光照度 也有很大的差别。因此，为保证ccD监控摄像头能够正确曝光成像，就必须随时调整镜头的 光圈，以保证电视图像不出现“限幅”现象，否则可能使图像亮处失去灰度层次，或因 通光量减小而使画面灰暗且出现噪点。然而监控摄像头位置一旦固定下来之后，每天去手动 调整光圈是非常不便的，只有使监控摄像头能够附带自动光圈功能(提供驱动自动光圈镜头 的接口)，才能在配接自动光圈镜头的情况下，使监控摄像头输出的视频图像信号自动地保持 在最佳状态。 标准ccD监控摄像头都带有驱动自动光圈镜头的接口，其中有些只提供一种驱动方式 (多为视频驱动)，有些则同时提供两种驱动方式(视频驱动和直流驱动)供用户选择。 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 这里，视频驱动(Video Drive，简称VD)方式是指监控摄像头将视频信号电平输出到自动光圈镜头的 上述的视频信号电平可以取为信号的平均电平或峰值电平，预选电平则由监控摄像头电子快门 电子快门(I~lectronic:Shutter)是比照照相机的机械快门功能提出的一个术语，其功 能是控制ccD图像传感器的感光时间。由于ccD感光的实质是信号电荷的 积累，则感光 时间越长，信号电荷的积累时间也就越长，输出信号电流的幅值也就越大。通过调整光 生信号电荷的积累时间(即调整时钟脉冲的宽度)，即可实现控制CCD感光时间的功能。 CCD监控摄像头绝大多数都带有电子快门功能，其电子陕门时间一般为1,50,l,10000S。 高档(]CI)监控摄像头一般将电子快门时间分为若干档，可通过多档拨动开关手动调节，也可 在自动方式下由监控摄像头根据检测到的光强度自动调节。普通(2C[)监控摄像头一般只在其机身 侧面或后面板上设有一个自动电子快门ON,OFF开关，还有些产品干脆将自动电子快门 做成内置式，使用者无法干预。 为了在低照度环境下也能拍摄到较为清晰的画面，有些监控摄像头还具有多场积累电子 快门方式，它很类似于照相机的B门或T门感光拍摄方式。在这种方式下，(2CD感光单 元可以暂停若干场的电荷转移，使其光敏单元中的电荷得以暂存，直到对某场景进行多 场曝光后再进行电荷转移。由于电荷的积累作用，输出信号的幅度也相应得以提高，相 当于提高了监控摄像头的低照度灵敏度。常见的场积累时间一般为2场、4场或6场，但也有 的监控摄像头最多可达128场积累。需要注意的是，这种多场积累电子快门方式一般仅适合 对于非运动场景的摄像监视，如果此时场景中有快速运动的物体，那么画面中的这一部 分将变得模糊。图2一15示出了日本滨松光子公司生产的(~’2400(75i监控摄像头对低照度场景 分别采用标准模式和场积累模式曝光时的图像对比，可见场积累模式下曝光的图像明显 25变清晰_r 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 引2一15(]2400—75i监控摄像头对低照度场景分别采川杯准模式 年1J场杉l累模式曝光uIf的图像对比 a)标准模式曝光}1)l s场积累模式曝光 CcD监控摄像头的高速电子快门功能町以防止拍摄高速运动物体时造成的“运动模糊” 现象，，所谓“运动模糊”即监控摄像头在拍摄快速运动的物体时会出现“拖影”，这是由于 (:cD的感光时蚓(例如视频信号一场的标准时『口1 l,50s一)市f{对于快速运动的物体来说 “太长_r”，而在这段感光时fHJ电子快门速度的控制方法加J，nr辨以的灰度级层次，即:对黑色参考电平使用阶层式校正电路，并允许最低电平 增益值可机动诟J整，利用正确的黑色参考电平r1『使图像更加稳定，也就是说，图像最黑 的部分会旱现应有的黑色。 第二代超动态技术还采用了先进的数字降噪(DNR，[)igital(Nois~!(Reduclion)电路、 增益凋整电路和数字lIR滤波器，可以将CCD的感光度提升12dB(其中7dB由DNR电 路提供)，使最低照度改善至0(8lx。这样，相对于标准监控摄像头大约3,1001x和第一代超 动态监控摄像头3,30001x的照度范围来说，第二代超动态监控摄像头的总平均照度范围达到 0(8,10000lx。图2一18示出了超动态监控摄像头与普通监控摄像头的动态范围，其lIJ趟动态摄像 机的动念范围明显向高低两端扩展了。 一微比一一瞻吣光照一一Il』]?0光照 圈团D Q B巷臻 1 4 S O。 10。 lO lx L————————}———————# 。 ’照度 囝遂道超动态监控摄像头与普通监控摄像头的动态范围 B(JscH公司的?C0:385、LjrC0485等多系列监控摄像头采用了15„的图像处理技术，使 图像的明暗层次达到了2”=32’768级，因而无论足在图像的亮区还是在暗区都可以保汪 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 精细的层次。 日本欧姆龙公司于2004年伊始在第37届东京汽车展上展示_=r动态范围高达160dB 的cM0s同体监控摄像头，并于2006年前投入批量生产。据称，这一基于cM0s监控摄像头 的动态范围指标在全世界是首届一指的。 陔产品的开发目标足可以看清夜问行人的动作。冈此，为r能够看清光线较暗位置 的物体，特意加大r监控摄像头镜头的孑L径。，在技术实现上，该监控摄像头主要改进了肘数转换 。70dB左右。图2 电路等摄像元件的外部电路，其实测动态范围甚至可达到1 一J9，J:出了该 监控摄像头‘j现有CCD监控摄像头在夜间拍摄汽乍前灯时的画面比较。 该款监控摄像头能够以最高45帧,s的速度输出分辨率为。780×496像素的图像，而价格 将与现有的ccD监控摄像头持平。 瑞典的I~hotonfocus AG公司则提m r一项IJINLOG。”技术，即线性一对数响心，【|f以 根据应用需求并通过编程来没置cM0s监控摄像头的曝光函数曲线，例如，对低亮度区采用 线性响心，„对高亮度区采用对数响应(亮度增加100倍其对数响虚才增JJlJ 2倍)。 ?2—20示出了}~hotontbcus A(;公司的cM0s监控摄像头线性一对数响应曲线。H 2一19趟动态CM()s监控摄像头‘j现有ccD监控摄像头在夜问拍摄汽车前灯fIIf的?【fIl比较 a)用现有ccD监控摄像头拍摄的画面h)用超动态(~’MOS监控摄像头拍摄的llIII? 由罔2—20可见，从线性响应到对数响应的过渡区可根据实际应用环境进行州惨，通 过编程，共至可对每一帧图像的响应进行调整。在非标准视频应用中，陔监控摄像头的帧，昝 皋】2—20 Phoionfl~(?A(j公-d的C MI)S圭}{像机线’陀一埘数响心I{lI线 a1 }1l 图2—21 分别采用线性响应和线惟一对数响应时拍摄的H像对比 a)线性响应}I)线性II数响应 31 嚣3最高口r达160帧,s。图2(21示出r分别采用线性响应和线性一对数响 应时拍摄的俐像对 比 „I殳1 2(2l可以看出，在采用线性响应时，为了能看清室采川线?? 对数响腹时十f1摄的傲mJ_)，(1j?"lii『灯IIlf的I皋】像 2(4(8数字运动图像检测 松下的wv一(;P6lO彩色监控摄像头及wV—BP(510熙r{监控摄像头中还采刚J，数’}:运动检测 器(1)igital Motion I)etector?)((陔项技术可以将监控摄像头摄取的一整幅画嘶平均分成48个 小块，许连续检测每一个小块的图像变化。一H检测到彳f运动物体，该监控摄像头即lJf 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 通过 视频电缆将报警信息r口J传列中，L、端，并启动录像机等相关视频设备。，通过屏幕显爪没定 操作I可以办便地进行检测灵敏度的调整及划分检测区域的调整((B()scH公?『】的I—rrc 0485、lJrrc 0610等系列彩色监控摄像头以及I』C 0:385、IJrrC 0510等系列黑[J搬像机也jlL彳丁 ?样的功能。 住这种:r作方式下，要求移动物体的尺寸必须占据图像面积的2,以一h即物体必 须占据48个小区域中的1个场景区域以上，另外要求背景和移动物体之间的对比度必须 超过5,，移动物体从图像的一端到另一端的最小移动速度为0(1 s。在新型的wV一(:P650 彩色监控摄像头及wV—BP(550黑白监控摄像头中采用的是第二代数字运动图像检测技术，其灵敏 度比第一代提高了4倍。另外，由于在视频电缆中也传输报警信号，因此系统的扩展性 比以往系统更强。 2(4(9屏幕菜单显示 新型DsP监控摄像头大都具备屏幕菜单显示(On(Screen I)isplay简称0SD)功能。，111于 DsP监控摄像头的功能不断增多，而这些功能必须通过设定(Setup)才能奏效，【大1此根据监 视器肼幕上的菜单显示对监控摄像头的T作状态进行设定，可以为使用者带来极大的方便。， 配合专用的中心端控制设备，这螳参数的设定可以通过单同轴电缆(对松下系列监控摄像头) 或RSA-85,RS232通信线(对其他品牌监控摄像头)等传到前端的监控摄像头，使其，I:作在没定的 状念，2(5监控摄像头的选择与使用 在闭路电视监控系统的设计及施工、调试过程中，必须根据应用现场的实际环境及 用户的实际需求合理选配监控摄像头，合理搭配周边设备，并对监控摄像头进行正确的参数设置， 否则便不能达到预期效果。 2(5(1监控摄像头的选择 对于一个具体的闭路电视监控系统工程项目，监控摄像头的选配通常是很灵活的。一般 来说，首先要确定系统是选用彩色监控摄像头还是黑白监控摄像头， 其次便是要考虑监控摄像头的分 辨率、最低照度、信噪比、动态范围、自动光圈接口形式、电子快门的变化范围、是否 有OsD菜单设置等基本参数及功能。在很多情况下，还要考虑监控摄像头的结构，如:标准 枪式机(不含镜头)、枪式一体机(含内嵌式变焦距镜头)、小半球机(含小型固定镜 头)、球形一体机(含变焦距镜头及球形云台，有些还内置解码器)或防暴一体机(如 )ome-系列)等。另外，为了最大限度地缩短工程安装时间， B0scH公司的Flexi【 BOSCH 公司还提供了预装一体化套件(如LTC 003xB、LTc 004xB系列)，将监控摄像头、变焦距镜 头、防护罩、支架等预先安装于一体并已调整好，因而在实际工程安装中只需直接将套 件整体安装在墙壁上，接上电源线和视频线即可工作。 需要说明的是，虽然选用监控摄像头的参数越高、功能越多越好，但这会使系统的总成 本提高(甚至会提高很多)，而对某个具体项目来说，很多参数与功能并不一定是必需 的，下面分别加以介绍。 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 1(分辨率 以分辨率指标为例，经常在电视监控项目的招标书或是用户需求报告中明确要求摄 像机的分辨率要优于450线，但是如果选用了符合参数要求的不同品牌的监控摄像头，选配 了不同规格的镜头，并在不同的应用环境中进行安装调试，其最终在监视器上的显示结 果(如分辨率指标等)可能会与用户方的预期值有较大的偏差，而这一偏差是由多方面 因素决定的。 } 事实上，如果我们取两个不同品牌的监控摄像头(一个在其说明书中标明其分辨率为 430线而另一个标明的是460线)做比较，当装上同样的镜头并接入同样的监视器进行 图像比较时，人眼看到的图像质量差别可能并不明显，甚至有可能标明430线分辨率的 监控摄像头会比标明460线分辨率的监控摄像头的图像质量好。这主要缘于参数测定的标准不同。 在本章第2(3(1小节第2部分已介绍了监控摄像头分辨率的测试方法。由于视频带宽的 限制，可以反映分辨率指标的高频成分是连续衰减的，因此，以何种衰减程度规定为分 辨率的上界便会最终影响到要在说明书中标明的分辨率指标。图2(13给出的是调制深度 为5,时的情况，如果测试时设定的调制深度低于5,，则得到的分辨率指标就会高些， 反之则会低些。因此，测试时的正负误差便直接影响到分辨率指标。如果有的厂家测试 时的调制深度是以3,为参考值，那么给出的分辨率指标便明显偏高了。如此说来，对 于两个分别标明330线和420线的监控摄像头，我们一般还很容易判明后者的分辨率好，而 对于两个分别标明470线和480线的监控摄像头，如果不进行实际测试比照，便不好轻易地下 图屏的 均这标么器即应案测分 高出 指监便占高下距安排视场，也可以达到较理想的监视效果。当然，对于既要看清局部细节，又要兼顾大 视场监视的应用场合，还是优先选用高分辨率的监控摄像头。 2(最低照度 如前所述，监控摄像头的最低照度指标也与检测标准有关(参见本章第2(3(1小节第3 部分)，因此，该指标也只能作为应用设计时的一个参考。一般来说，对于仅白天监视或 24小时都有充足灯光照明的监控场合，在选择监控摄像头时可以不主要考虑最低照度指标 (相关的例子:在演播室做节目时有充分的灯光可调，这种场合主要关注色彩还原指标)， 但是，如果是全天候监控且监视现场的照度条件并不理想时，就要特别注意监控摄像头的低 照度指标。 黑白监控摄像头的低照度特性一般比彩色监控摄像头的低照度特性好(约相差一个数量级)， 因此，在主要涉及低照度监视的应用场合，应优先选择黑白监控摄像头。例如，对于最低照 度为0(04lx的黑白CCD监控摄像头来说，在夜晚普通路灯的照明下即可以获得较清晰的图 像。另外，由于黑白ccD监控摄像头的感光光谱范围延伸到了红外区域，还可以使用红外灯 作为辅助光源，这样，在夜间无可见光或只有极弱可见光的监视环境中，虽人眼感觉漆 黑一片，但监控摄像头已可以正常成像了。需要强调的是，由于从点光源发出的光线强度是 遵守平方反比律的(距离稍增加一点，光照度就会呈平方性下降)，致使夜问利用路灯、 射灯或红外灯作为辅助照明光源时，整个监视视场的光照度分布很不均匀，离开光源稍 远一些，光照度就会下降很多，在这种应用场合，监控摄像头的低照度特性显然也是需要优 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 先考虑的。 在实际工程项目中，有时可以根据监视现场的实现环境与监控要求而自行架设辅助 照明灯，以保证监视现场的照度满足监控摄像头的最低照度参数，但并不需要将监控摄像头也安 装在该辅助照明灯附近，而只要保证该监视现场能完整地处于监控摄像头的有效视场中即可。 这就如同人们在暗处可以观察到远处明亮环境下的景物一样。 另外，在低照度监视场合，还应该结合某些特殊功能来选择监控摄像头。例如，监控摄像头 是否有场积累曝光模式以及场积累时间的长短，是否采用了超动态技术，因为这两项技 术都可以在无辅助光源照明的情况下提高低照度场景的成像清晰度。如果用户既要求在 白天监视时能输出绚丽的彩色图像，又要求在夜间监视时也能输出清晰度较高的黑白图 像，就需选用彩色转黑白型CCD监控摄像头了。 3(信噪比及其他参数 如前所述，ccD监控摄像头的信噪比一般为45,55dB，该参数既与ccD图像传感器的 自身参数有关，也与监控摄像头内部的处理电路有关。监控摄像头的信噪比越高，图像的主观质 量越好(噪点越不明显)，当在低照度监视的场合，由于视频信号电压已比较弱，噪点的 影响便比较明显了。此时，如果为了提高监视图像的明亮度而打开监控摄像头的自动增益开 关，则叠加在视频信号中的噪声电压也会同时被放大，人眼观看并不舒服。因此在主要 为低照度监视的场合，最好选用高信噪比的监控摄像头。 例如，前述索尼公司的Dxc(390P 三片ccD彩色监控摄像头的信噪比即达到了 61dB。 至于监控摄像头的伽玛校正系数(即前述的y值)，是为了校正显像管的非线性 “电一 光”变换关系而引入的一个系数，而现行监控摄像头大都已在其电路实现 上设定了固定值 (如y=0(45)，因此在选择监控摄像头时一般不用考虑其7值。 不过，也有的监控摄像头在其0SD菜 y=0(8 种选择 选择高 霾或雾 些，但 低，使 另 求的电 些，若 电压直 4( 白 现图像 可能是 良。目 像机还 通过两 彩色摄 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 由 及色温 在某些 是因为 样，并 电压去 路设计 不停地 就不会 5( 在 种工作 方式。 如果摄 第2(4( 6( 电 光圈镜 像机曝 子快门 3738 对于j芾要监视快速运动物体的应用场合，要求监控摄像头的电子快门时间爆町能短，如 500000s。而对于低照度 B()sCl{公司监控摄像头的最高电子快门速度u丁达l, 环境的应J}1场合， 则应该特别注意选配具有场积累曝光模式的监控摄像头，以实现对低只f{度场景的高清晰监视(( 7(逆光补偿 逆光补偿也是选择监控摄像头时需要考虑的一个因素，不过是否强调陔功能与监控摄像头在 实际系统中的安装位置行直接关系。举例来说，当监控摄像头安装往率『大】而对r口】门窗时便大 郁处_J:逆光环境;’j外，譬外安装的监控摄像头受太『5门尔升州落的影响，一天111也会有儿个 小时的逆光时间，， 在选择具有逆光补偿功能的监控摄像头时，臆优先考虑其是否有自动逆光补偿功能，因 为该功能町随着太阳的东升西落而自动歼启或关闭监控摄像头的逆光补偿功能。还要优，尢考 虑足含采用数宁处理技术来实现逆光补偿功能，因为该技术对整个临视山面分区域进行 处胖，II『以使逆光补偿效果更为删想(参见本章第2(4(4小节)， 8(超动态 如前所述，监控摄像头采用了超动态技术，便町以在很宽的光照度变化范围内使监控摄像头 清晰地成像，特刖是r_l丁使H一场景中特别亮及特别暗的景物能够同时有层次地显示出来 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 (参虬小章第2(4(7小节)，【大l此在室 F1(4，黑白0(1lx,F1(4，红外线型llx,F1(4或者Olx(当红外辅助照明开启时);信噪比 均大于50dB。。为了验证这3款防暴型监控摄像头的球罩强度，厂家曾将该监控摄像头 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 置于路面上 并用汽车反复碾压过去，结果监控摄像头整体完好无损，重新对其加电测试，图像显示完全 正常。 在某些监控工程项目中，有时还可能要在某些关键部位安装多部定焦监控摄像头，以实 现从同一位置对多个不同方向场景的定点实时监视，例如，在建筑物的墙角处安装两个 监控摄像头分别对相互垂直的两个方向进行监视，或者在走廊的“丁”字交汇处安装3个吸 顶监控摄像头对3个方向的走廊进行监视，或者在小区十字路l:J的同一个灯 杆上上下交替地 同时安装4个监控摄像头以对路口的4个方向进行监视，结果使得监控现场的结构显得杂乱。。 然而，为了保证配有定焦镜头的监控摄像头在一个固定位置能同时看到多个角度的图像，GE 1202,1203,1204 公司推出_r 6款高清晰多视角半球形监控摄像头系列MV— ,1502,】503,1504( 如图2—26所示。。其中监控摄像头均采用的是l,3in SuperHAD型ccD图像传感器，彩色分辨 率为480线，黑白分辨率为580线，并也采用了防雨外壳以及符合IP66防暴标准的抗撞 击球罩。 图2—26 商清晰多视角半球形彩色监控摄像头 a)球罩外观b)监控摄像头机芯 实用中，根据监视角度的不同，这种多视角半球形监控摄像头可以在其内部分别配置2、 3或4个微型监控摄像头，以适应具体实用环境。例如，对于建筑物走廊中部或拐角处的应 用，就可以在多视角监控摄像头内部底板上相向或垂直地安装两个微型监控摄像头，对于“丁” 字型走廊交汇的监控摄像头就可以采用在底板上安装3个微型监控摄像头的结构，而对于在“十” 型监控摄像头。需要 字交叉型走廊交汇的监控摄像头则可在底板上安装4个微 说明的是，这种多 视角半球形监控摄像头内的多个监控摄像头通常在其出厂前即已安装好，用户可直接接线使用， 不过，由于这种监控摄像头实际上是多个监控摄像头的组合应用，有几个监控摄像头就需要有几条视 频电缆与中心监控室相连，但电源可以共缆并接。 在实际应用中，还有一种隐蔽型的临时监控项目，即在某段时间内(数小时、数天 甚至数月)对某个场所进行隐蔽监视。例如，对犯罪嫌疑人出逃后的寓所或是经常活动 39此时画面变为包含上述特写物体的全景图像，但此时不能再作聚焦调整(注意:如果此 时的图像变模糊也不能调整聚焦)，而是准备下一步的后焦调整。 5)将监控摄像头前端用于固定后焦调节环的内六角螺钉旋松，并旋转后焦调节环(对没 有后焦调节环的监控摄像头则直接旋转镜头而带动其内置的后焦环)，直至画面最清晰为止， 然后暂时旋紧内六角螺钉。 6)重新推镜头至望远状态，看看刚才拍摄的特写物体是否仍然清晰，如不清晰再重 深圳市奥卡特科技有限公司工程部发布 复上述第3)、4)、5)步骤。 7)通常只需一两个回合就可完成后焦距调整了。 8)旋紧非监控摄像头自身故障的检查及排除 在实际应用中，经常会出现这样的现象:在监控中心的监视器屏幕上，某个监 控摄像头 的画面变为黑屏或蓝屏(已确认监视器没有故障)。遇到这种情况，首先应确认监控摄像头的 供电电源是否加上了，这可以通过观察监控摄像头上的小的指示灯来判定(但并不是所有摄 像机都有电源指示灯)，不加电的监控摄像头当然不会有图像输出了。不过，对某些采用 【)C12V供电的监控摄像头来说，其电源是通过AC220V转DCl2V的电源适配器加上的，但电 源适配器的套筒型插头与监控摄像头后面板上的插座可能不匹配，导致电源插头插人监控摄像头 (5(2小节)。 的插座后其内导体并未真正接触(参见第2 如果确认监控摄像头的供电没有问题，但监视器还是无像，或是仅有很微弱的噪点或条 纹，就要确认监控摄像头镜头的光圈是否已打开。对于手动光圈镜头(，可以很快地通过手动 调节光圈而得到验证;而对于自动光圈镜头，由于无法手动调节光圈，就需要认真核实 感谢大家的下载与关注。感谢百度的发布。