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安防监控从入门到精通技术学习资料

2012-12-26 14:10:40 htcview 1033


监控初学者学习园地
 
监控系统常用设备介绍
 ①云台  云台就是两个交流电组成的安装平台,可以水平和垂直的运动。我们所说的云台区别于照相器材中的云台,照相器材的云台一般来说只是一个三脚架,只能通过手来调节方位;而监控系统所说的云台是通过控制系统在远端可以控制其转动方向的。云台有多种类型: 按使用环境分为室内型和室外型,主要区别是室外型密封性能好,防水、防尘,负载大。 按安装方式分为侧装和吊装,即云台是安装在天花板上还是安装在墙壁上。按外形分为普通型和球型,球型云台是把云台安置在一个半球形、球形防护罩中,除了防止灰尘干扰图像外,还隐蔽、美观、快速。 在挑选云台时要考虑安装环境、安装方式、工作电压、负载大小,也要考虑性能价格比和外型是否美观。
 
②支架  如果摄像机只是固定监控某个位置不需要转动,那么只用摄像机支架就可以满足要求了。普通摄像机支架安装简单,价格低廉,而且种类繁多。普通支架有短的、长的、直的、弯的,根据不同的要求选择不同的型号。室外支架主要考虑负载能力是否合乎要求,再有就是安装位置,因为从实践中我们发现,很多室外摄像机安装位置特殊,有的安装在电线杆上,有的立于塔吊上,有的安装在铁架上……由于种种原因,现有的支架可能难以满足要求,需要另外加工或改进,这里就不再多说了。
 
③防护罩  防护罩也是监控系统中最常用的设备之一,主要分为室内和室外两种。室内防护罩主要区别是体积大小,外形是否美观,表面处理是否合格。功能主要是防尘、防破坏。室外防护罩密封性能一定要好,保证雨水不能进入防护罩内部侵蚀摄像机。有的室外防护罩还带有排风扇、加热板、雨刮器,可以更好的保护设备。当天气太热时,排风扇自动工作;太冷时加热板自动工作;当防护罩玻璃上有雨水时,可以通过控制系统启动雨刮器。挑选防护罩时先看整体结构,安装孔越少越利于防水,再看内部线路是否便于联接,最后还要考虑外观、重量、安装座等等。
 
 ④监视器  监视器是监控系统的标准输出,有了监视器我们才能观看前端送过来的图像。监视器分彩色、黑白两,尺寸有9、10、12、14、15、17、21英寸等,常用的是14英寸。 监视器也有分辨率,同摄像机一样用线数表示,实际使用时一般要求监视器线数要与摄像机匹配。另外,有些监视器还有音频输入、S-video输入、RGB分量输入等,除了音频输入监控系统用到外,其余功能大部分用于图像处理工作,在此不作介绍。
 
 ⑤视频放大器   当视频传输距离比较远时,最好采用线径较粗的视频线,同时可以在线路内增加视频放大器增强信号强度达到远距离传输目的。视频放大器可以增强视频的亮度、色度和同步信号,但线路内干扰信号也会被放大,另外,回路中不能串接太多视频放大器,否则会出现饱和现象,导致图像失真。
 
 ⑥视频分配器  一路视频信号对应一台监视器或录像机,若想一台摄像机的图像送给多个管理者看,最好选择视频分配器。因为并联视频信号衰减较大,送给多个输出设备后由于阻抗不匹配等原因,图像会严重失真,线路也不稳定。视频分配器除了阻抗匹配,还有视频增益,使视频信号可以同时送给多个输出设备而不受影响。
 
⑦视频切换器  多路视频信号要送到同一处监控,可以一路视频对应一台监视器,但监视器占地大,价格贵,如果不要求时时刻刻监控,可以在监控室增设一台切换器,把摄像机输出信号接到切换器的输入端,切换器的输出端接监视器,切换器的输入端分为2、4、 6、8、12、16路,输出端分为单路和双路,而且还可以同步切换音频(视型号而定)。切换器有手动切换、自动切换两种工作方式,手动方式是想看哪一路就把开关拨到哪一路;自动方式是让预设的视频按顺序延时切换,切换时间通过一个旋钮可以调节,一般在1秒到35秒之间。 切换器的价格便宜(一般只有三五百元),联接简单,操作方便,但在一个时间段内只能看输入中的一个图像。要在一台监视器上同时观看多个摄像机图像,就需要用画面分割器。
 
⑧画面分割器  画面分割器有四分割、九分割、十六分割几种,可以在一台监视器上同时显示 4、9、16个摄像机的图像,也可以送到录像机上记录。四分割是最常用的设备之一,其性能价格比也较好,图像的质量和连续性可以满足大部分要求。九分割和十六分割价格较贵,而且分割后每路图像的分辨率和连续性都会下降,录像效果不好。另外还有六分割、八分割、双四分割设备,但图像比率、清晰度、连续性并不理想,市场使用率更小。 大部分分割器除了可以同时显示图像外,也可以显示单幅画面,可以叠加时间和字符,设置自动切换,联接报警器材。
 
⑨录像机  监控系统中最常用的记录设备是民用录像机和长延时录像机,因其操作简单易学,录像带也容易保存和购买。与家用录像机不同,延时录像机可以长时间工作,可以录制24小时(用普通VHS 录像带)甚至上百小时的图像,可以联接报警器材,收到报警信号自动启动录像,可以叠加时间日期,可以编制录像机自动录像程序,选择录像速度,录像带到头后是自动停止还是倒带重录…… 延时录像机的性能虽然出众,但价格不菲,而且目前分辨率不是很高,在延时录像时图像也会丢失一部分,回放的图像是一顿一顿跳跃的。


初学者园地之弱电系统与应用电视(一)
第一章  弱电系统与应用电视系统
    所谓弱电是针对电力、照明用电相对而言的。通常情况下,把电力、照明用的电能称为强电;而把传播信号、进行信息交换的电能称为弱电。强电的处理对象是能源(电力),其特点是电压高、电流大、功耗大、频率低,主要考虑的问题是减小损耗、提高效率;弱点的处理对象主要是信息,即信息的传送与控制,其特点是电压低、电流小、功率小、频率高,主要考虑的问题是信息传送的效果,如保真度、速度、广度和可靠性等。
第一节、弱电系统的内容与分类
一、火灾自动报警与自动灭火系统
    该系统也称火灾自动报警与联动控制系统,或火灾自动报警与消防控制系统,是通过安装在现场的各种火灾探测器对现场进行监控,一旦发生火灾警情产生报警并联动相应的灭火、疏散、广播等设备,达到预防火灾的目的。
二、通信系统
    随着信息时代、知识经济时代的到来,自动控制技术、计算机技术和通信技术的高度发展对建筑物内的信息系统的建设祈祷了很大的推动作用,真正实现建筑物自动化(BA)、通信自动化(CA)、办公自动化(OA)以及住宅自动化(HA),而独立系统之间必然要通过各种方式(如局域网)连接起来,共享所积累的数据资源,转送和处理数据,并由通信系统与外界公用通信网连接,形成综合通信系统。
三、电缆电视和卫星电视接收系统
    电缆电视和卫星电视接收的应用和推广是为了解决大城市高层建筑或电视信号覆盖区外的边远地区因电视信号反射或评比严重而影响电视信号良好接收问题和丰富节目内容而设置的。
    电缆电视系统(Cable Television),缩写CATV,是由早期的功用天线电视系统(Community Antenna Television)发展而来,开始时是以共用一组接收天线的系统传送,后来发展到以闭路形式或以有线传输方法传送各种电视信号,尤其是扩宽到卫星直播电视节目的接收、微波中继、录像和摄像、自办节目等,使CATV系统合成信息社会综合信息网的组成部分。
    电缆电视系统也是属于应用电视系统,但是由于与当前使用的以监视控制为目的的电视监控系统从传输的信号方式到应用范围都有很大的差别,因此现在已经单独作为一个弱电系统出现。
四、扩音与音响系统
    扩音与音响系统基本上有三种类型:一是公共广播(PA),属于有线广播系统,包括背景音乐和紧急广播功能;二是厅堂扩音系统;三是专用的会议系统
五、安全防范系统
    安全防范系统的全称为公共安全防范系统,是以保护人身财产安全、信息与通讯安全,达到损失预防与犯罪预防目的。
㈠防盗报警系统
    防盗报警系统是通过安装在防护现场的各种入侵探测器对所保护的区域进行人员活动的探测(入侵),一旦发现有入侵行为将产生报警信息,以达到防盗的目的。
㈡电视监控系统
    电视监控系统是以图像监视为手段,对现场图像进行实时监视与录像。监视监控系统可以让保安人员直观地掌握现场情况,并能够通过录像回放进行分析。电视监控系统是应用电视系统的重要组成部分,也是安防系统的重要组成部分。当前电视监控系统已经与防盗报警系统有机地结合到一起,形成一个更为可靠的监控系统。
㈢出入口控制系统
    出入口控制系统又称门禁系统,其功能是控制人员的出入,还能控制人员在防范区域内的活动。在防范区域内,必须使用各类卡片、密码或通过生物识别技术经控制装置识别确认,才能通过。停车场管理系统实际上也属于出入口控制系统。
㈣楼宇保安对讲系统
    楼宇保安对讲系统为访客与室内人员提供双向通话或可视通话、遥控开锁以及报警功能。
㈤电子巡更系统
    在大型楼宇或场院中,出入口很多,来往人员复杂,必须有专人巡逻,较为重要的地点应设巡更站,定期进行巡逻。电子巡更系统是保安人员在规定的巡逻路线上,在指定的时间和地点向中心控制室发回信号以示正常。
六、建筑物自动化系统(BA)
    建筑物设备自控系统(Building Automation System——BAS)主要是建筑物的变配电设备、应急备用电源设备、蓄水池、不停电源设备等监视、测量和照明设备的监控;给排水系统的给排水设备、饮水设备及污水处理设备等运行、工况的监视、测量与控制;空调系统的次热源设备、空调设备、通风设备及环境检测设备等运行工况的监视、测量与控制;热力系统的热源设备等运行工况的监视;以及对电梯、自动扶梯设备运行工况的监视。通过BAS实现对建筑物内机电设备的控制与管理,节约能源和人力资源,提供午夜管理水平,创造更舒适、安全的环境。
 
初学者园地之镜头(一)
第二节、镜头
    摄像机镜头的作用是把被观察目标的光像呈现在摄像机的靶面上,也称光学成像。将各种不同形状、不同介质(塑料、玻璃或晶体)的光学零件(反射镜、透射镜、棱镜)按一定方式组合起来,使得光线经过这些光学零件的透射或反射以后,按照人们的需要改变光线的传输方向而被接收器件接收,即完成了物体的光学成像过程。
    光学镜头应满足成像清晰、透光率强、像面照度分布均匀、图像畸变小、光圈可调等要求。
    一般来说每个镜头都由多组不同曲面曲率的透镜按不同间距组合而成。间距和镜片曲率、透光系数等指标的选择决定了该镜头的焦距。
一、镜头分类
    摄像机镜头按其功能和操作方法分为常用镜头和特殊镜头两大类。
    常用镜头又分为定焦镜头(自动和手动光圈)和变焦镜头(自动和手动光圈)。
特殊镜头是根据特殊工作环境而专门设计的,一般有广角镜头、针孔镜头等。
镜头
随着我国智能建筑行业的发展,安保技术在智能建筑中的地位与作用也与日俱增。闭路监控电视(简称CCTV)系统作为一种安保技术,在星级宾馆、涉外办公楼、银行、政府机关等场所越来越发挥着它的重要作用,包括现在的智能小区亦将CCTV系统作为安保及物业管理的一个重要手段。为了让CCTV技术在智能建筑中发挥更好的作用,在每项闭路电视监控工程中,如何正确选择摄像机镜头,对于经济指标与技术性能都是十分重要的。    
 
  镜头的分类 
 
  根据民用建筑的应用场合镜头的种类大致可分为: 
 
  (1)广角镜头:视角在90度以上,一般用于电梯轿箱内、大厅等小视距大视角场所; 
 
  (2)标准镜头:视角在30度左右,一般用于走道及小区周界等场所;    
 
  (3)长焦镜头:视角在20度以内,焦距的范围从几十毫米到上百毫米,用于远距离监视 
 
  (4)变焦镜头:镜头的焦距范围可变,可从广角变到长焦,用于景深大,视角范围广的区域; (5)针孔镜头:用于隐蔽监控。    
 
  镜头焦距的确定  
 
  在选择镜头时,有以下五个因素确定镜头标准: 
 
  (1) 监控现场的大小;  
 
  (2) 被摄物体的大小; 
 
  (3) 物距; 
 
  (4) 焦距; 
 
  (5) CCD靶面尺寸 。 
 
  前4点可由现场测量并通过计算来确定镜头的焦距标准,其计算方法如下: 
 
  u 1/3″CCD F=4.8×L/W或F=3.6×L/H    
 
  u 1/2″CCD F=6.4×L/W或F=4.8×L/H    
 
  其中,W为被摄物体的宽度;H为被摄物体的高度;L为镜头到被摄物体间的距离;F为镜头焦距。  
 
  那么为何在镜头的选用中考虑CCD靶面的尺寸呢? 
 
  为了从1/3″与1/2″ CCD摄像机中获取同样的视角,1/3″ CCD摄像机镜头焦距必须缩短;相反如果在1/3″ CCD与1/2″ CCD摄像机中采用相同焦距的镜头,情况又如何呢?1/3″ CCD摄像机视角将比1/2″ CCD摄像机明显地减小,同时1/3″ CCD摄像机的图像在监视器上将比1/2″ CCD的图像放大,产生了使用长焦距镜头的效果。    
 
  另外我们在选择镜头时还要注意这样一个原则:即小尺寸靶面的CCD可使用大尺寸靶面CCD摄像机的镜头,反之则不行。原因是:如1/2″ CCD摄像机采用1/3″镜头,则进光量会变小,色彩会变差,甚至图像也会缺损;反之,则进光量会变大,色彩会变好,图像效果肯定会变好。当然,综合各种因素,摄像机最好还是选择与其相匹配的镜头。   
 
  手动光圈及自动光圈的选择 
 
  镜头光圈分手动和自动两种。以往由于摄像机的使用在室外或其它特殊场合等缘故,所以较多选用自动光圈镜头。在目前的监控工程中,由于智能建筑大量使用CCTV系统,室内监控点占较高的比例。而许多工程商在做工程设备报价时,也同样喜欢采用自动光圈镜头。虽然自动光圈镜头对监控点的光线变化适应性较强,但其价格也明显高于相同焦距的手动定焦镜头。而现在大多数的摄像机都有电子快门,室内的光源也较为稳定,因此,智能建筑项目中大量采用自动光圈镜头没有太大的必要;另一方面,现在市场上用的自动光圈镜头分为二大类:a.电源驱动自动光圈镜头;b.视频驱动自动光圈镜头。
电源驱动自动光圈镜头是通过四根线控制镜头的,其中两根为DC12V或DC24V电源来驱动镜头中的马达,另两根控制线通过镜头内的光感应点感应外部光源的照度来控制光圈的大小;视频驱动自动光圈镜头则是通过三根线来控制镜头的,其中一根为视频触发信号来起动光圈,并控制光圈大小,另二根为DC12V或DC24V电源线驱动电机马达。目前市场上大多黑白或彩色摄像机虽然有自动光圈镜头接口,但除了少数可以兼容二种镜头以外,大多数摄像机不能兼容,只能使用电源驱动自动光圈镜头或视频驱动自动光圈镜头。如果在使用中当一些摄像机损坏时,新购入的摄像机就有与原来的自动光圈镜头是否兼容的问题。但当工程中的监控点在室外时,采用带自动光圈的镜头是必要的,因为室外的光线的动态范围变化较大,夏日阳光下环境照度达50000Lx-100000Lx;夜间路灯时仅为10Lx,变化幅度相当大。在这种情况下摄像机无论是否具有自动调整灵敏度功能即通过摄像机本身的电子快门已不可能适应这么宽的照度范围,也就无法达到控制图像效果的作用。 
 
  在电视监控系统中如何根据现场被监视环境,正确选用摄像机镜头是非常重要的,因为它直接影响到系统组成后在系统末端监视器上所看到的被监视面画的效果能否满足系统的设计要求(就画面范围或图像细节而言),所以正确的选用摄像机镜头可以使系统得到最优化设计并可获得良好的监视效果。 
 
  摄像机镜头就光圈而言可分为手动光圈镜头及自动光圈镜头两种,就焦距而言又可分为定焦镜头及变焦镜头两种。 
 
  下面就以使用环境的不同谈如何正确选用摄像机镜头。 
 
  1、 手动、自动光圈镜头的选用 
 
  手动、自动光圈镜头的选用取决于使用环境的照度是否恒定。 
 
  对于在环境照度恒定的情况下,如电梯轿箱内、封闭走廊里、无阳光直射的房间内,均可选用手动光圈镜头,这样可在系统初装调试中根据环境的实际照度,一次性整定镜头光圈大小,获得满意亮度画面即可。 
 
  对于环境照度处于经常变化的情况,如随日照时间而照度变化较大的门厅、窗口及大堂内等,均需选用自动光圈镜头(必须配以带有自动光圈镜头插座的摄像机),这样便可以实现画面亮度的自动调节,获得良好的较为恒定亮度的监视画面。 
 
  对于自动光圈镜头的控制信号又可分为DC及VIDEO控制两种,即直流电压控制及视频信号控制。这在自动光圈镜头的类型选用上,摄像机自动光圈镜头插座的连接方式上,以及选择自动光圈镜头的驱动方式开关上,三者注意协调配合好即可。 
 
  2、定焦、变焦镜头的选用 
 
  定焦、变焦镜头的选用取决于被监视场景范围的大小,以及所要求被监视场景画面的清晰程度。 
 
  镜头规格(镜头规格一般分为1/3″、1/2″和2/3″等)一定的情况下,镜头焦距与镜头视场角的关系为:镜头焦距越长,其镜头的视场角就越小(见图1所示);在镜头焦距一定的情况下,镜头规格与镜头视场角的关系为:镜头规格越大,其镜头的视场角也越大。所以由以上关系可知:在镜头物距一定的情况下,随着镜头焦距的变大,在系统末端监视器上所看到的被监视场景的画面范围就越小,但画面细节越来越清晰;而随着镜头规格的增大,在系统末端监视器上所看到的被监视场景的画面范围就增大,但其画面细节越来越模糊。在镜头规格及镜头焦距一定的前提下,CS型接口镜头的视场角将大于C型接口镜头的视场角。 
 
  镜头视场角可分为图像水平视场角以及图像垂直视场角,且图像水平视场角大于图像垂直视场角,通常我们所讲的视场角一般是指镜头的图像水平视场角。在狭小的被监视环境中如电梯轿箱内,狭小房间均应采用短焦距广角或超广角定焦镜头,如选用镜头规格为1/2″,CS型接口,镜头焦距为3.6mm或2.6mm镜头,这些镜头视场角均不小于99°或127°,这对于摄像机在狭小空间里一般标高为2.5m左右时,其镜头的视场角范围足以覆盖整个近距离狭小被监视空间。也可根据现场实际情况选用手动变焦镜头如日产Computar T2Z2814CS-2镜头,这种镜头为1/3″CS型接口手动光圈镜头,其焦距2倍可调(手动调焦)。调焦范围为2.8~6.0mm,视场角变化范围为96°~47.2°,这种镜头非常适合在狭小的被监视环境中使用,在使用时可方便地根据实际需要,灵活实现对被监视场景的“点”或“面”的监视效果。 
 
  对于一般变焦(倍)镜头而言,由于其最小焦距通常为6.0mm左右,故其变焦(倍)镜头的最大视场角为45°左右,如将此种镜头用于这种狭小的被监视环境中,其监视死角必然增大,虽然可通过对前端云台进行操作控制,以减少这种监视死角,但这样必将会增加系统的工程造价(系统需增加前端解码器、云台、防护罩等),以及系统操控的复杂性,所以在这种环境中,不宜采用变焦(倍)镜头。 
 
  在开阔的被监视环境中,首先应根据被监视环境的开阔程度,用户要求在系统末端监视器上所看到的被监视场景画面的清晰程度,以及被监视场景的中心点到摄像机镜头之间的直线距离为参考依据,在直线距离一定且满足覆盖整个被监视场景画面的前提下,应尽量考虑选用长焦距镜头,这样可以在系统末端监视器上获得一幅具有较清晰细节的被监视场景画面。在这种环境中也可考虑选用变焦(倍)镜头(电动三可变镜头),这可根据系统的设计要求以及系统的性能价格比决定,在选用时也应考虑两点:(1)在调节至最短焦距时(看全景)应能满足覆盖主要被监视场景画面的要求;(2)在调节至最长焦距时(看细节)应能满足观察被监视场景画面细节的要求。通常情况下,在室内的仓库、车间、厂房等环境中一般选用6倍或者10倍镜头即可满足要求,而在室外的库区、码头、广场、车站等环境中,可根据实际要求选用10倍、16倍或20倍镜头即可(一般情况下,镜头倍数越大,价格越高,可在综合考虑系统造价允许的前提下,适当选用高倍数变焦镜头)。 
 
  3、正确选用镜头焦距的理论计算 
 
  摄取景物的镜头视场角是极为重要的参数,镜头视场角随镜头焦距及摄像机规格大小而变化(其变化关系如前所述),覆盖景物镜头的焦距可用下述公式计算: 
 
  (1)f=u•D/U 
 
  (2)f=h•D/H 
 
  f:镜头焦距、U:景物实际高度、H:景物实际宽度、D:镜头至景物实测距离、u:图像高度、h:图像宽度 
 
  举例说明: 
 
  当选用1/2″镜头时,图像尺寸为u=4.8mm,h=6.4mm。镜头至景物距离D=3500mm,景物的实际高度为U=2500mm(景物的实际宽度可由下式算出H=1.333•U,这种关系由摄像机取景器CCD片决定)。 
 
  将以上参数代入公式(1)中,可得f=4.8•3500/2500=6.72mm,故选用6mm定焦镜头即可。
 
 摄像部分一般安装在现场,它包括摄像机、镜头、防护罩、支架和电动云台。它的作用是对监视区域进行摄像并将其转换成电信号。 
    一、像机分为彩色和黑白两种,一般黑白摄像机要比彩色的灵敏度高,比较适合用于光线不足的地方,如果使用的目的只是监视景物的位置和移动,可采用黑白摄像机;如果要分辨被摄像物体的细节,比如分辨衣服和景物的颜色,则采用彩色的比较好。
    摄像机的规格可分为1/3〃、1/2〃和2/3〃等,安装方式有固定和带云台二种。
    二、镜头 
    常用的镜头种类包括:手动/自动光圈定焦镜头和自动光圈变焦镜头两种。 
    定焦镜头分为标准镜头和广角镜头两种。定焦镜头的适用范围如下:
    手动光圈镜头:所需监视的环境照度变化不大,如室内。
    自动光圈镜头:所需监视的环境照度变化大,如室外。
    广角镜头:监视的角度较宽,距离较近。
    标准镜头:监视的角度和距离适中。
    变焦镜头分为10倍、6倍和2倍变焦镜头,另一种分法是:手动变焦和电动变焦(电动光圈和自动光圈)两种。
    变焦镜头在规则上可以划分为:1/3〃、1/2〃和1〃等。
    选择变焦镜头的原则是:镜头的规格不应小于摄像机的规格,也就是说1/2〃的镜头可以与1/3〃的摄像机一起使用,但是1/3〃的镜头就不能够在1/2〃的摄像机上使用。
二、镜头参数
㈠相对孔径
    光圈的主要作用是通过控制镜头光量的大小满足成像所需的合适照度。光圈越大,靶面成像照度越大,摄像机输出信号强度越大,信噪比越高。
若光圈的实际孔径为ψ,由于光线通过透镜后的折射使镜头的有效孔径D 比实际孔径大,光圈的相对孔径等于有效孔径与镜头焦距之比,即:A=D/f,f 为镜头的焦距。
㈡光圈系数
    通常将表征镜头光圈大小的参数定义成光圈系数,用F 表示。 光圈系数为镜头光圈相对孔径的倒数。F值的规律是后一个值正好是前一个数值的√2 倍,这是由于成像面中心亮度与(1/F)2成正比。F值越小相应灵敏度越大。常用值为1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22等几个等级。
㈢视场角
    我们常用视场角来表征观察景物的范围。所谓视场角是指在视场角内的景物可全部落入成像尺寸内,而视场角以外的景物将不被摄取。因此,镜头的视场角与摄像机的靶面及镜头的焦距有关。
    根据几何原理可以得到视场角的计算公式如下:
    ωH=2tg-1(h/2f)            ωV=2tg-1(v/2f)
    式中ωH为水平视场角,ωV为垂直视场角,f 为镜头的焦距,h为摄像机靶面的水平宽度,v为摄像机靶面的垂直高度。具体数值可参阅摄像机一节。
    当成像尺寸确定后,焦距越短,视场角越大。因此可将镜头分为长角镜头(视场角小于45°)、标准镜头(视场角为45°~50°)、广角镜头(视场角大于50°)、超广角镜头(视场角接近180°)、鱼眼镜头(视场角大于180° )等。
    另外,我们还可以得到如下公式以计算其中任一未知项数据。
    f/v=D/V                 f/h=D/H
其中:       f───镜头焦距;       D───镜头至景物距离;
      h───靶面宽度;       H───靶面高度。
三、镜头接口
    镜头的安装方式有C型安装和CS型安装两种。C型安装接口指从镜头安装基准面到焦点的距离为17.526mm,而CS型接口的镜头安装基准面到焦点距离为12.5mm。因此将C型镜头安装到CS接口摄像机时需要加装一个5mm厚的接圈。
四、镜头的发展
    镜头是影响图像品质的重要关键,如果镜头品质不佳,自然难拍摄出清晰的画面,传统的摄像机镜头所采用的镜片,可以通称为球面镜头,这是以镜头内镜片的表面曲线为球面形状来命名的。顾名思义,非球面镜头就是采用了不同于球面曲线的技术,也就是镜片研磨的形状为抛物线、二次曲线、三次曲线或高次曲线,这将依据设计功能上的不同而会有不同形状的曲线,因此统称为非球面镜头。
    传统球面镜头为了校正相差、色差、球差、彗差、畸变、相散等问题,必须采用多片镜片来校正,这使得镜头的体积变的较大,由于每个镜片多少会有精度上的误差,因此要达到理想值并不容易,非球面镜头由于在设计时便已经考量到校正的因素,因此可以减少镜片的数量,使得镜头的精度更佳、清晰度更好、色彩还原更为准确,镜头内的光线反射得以降低,镜头体积也可以缩小。
    以往非球面镜头多应用在仪器、机械加工设备上,但随著加工技术的提升,使得品质、效能提升,因此应用越来越广。目前非球面镜头除了具备高清晰度,录制的图像能够当作法律证据外,新推出的非球面镜头还具备变倍高、物距短、光圈大的特性,变倍高可以简化镜头的种类,物距短可以应用在近距离摄像的场合,光圈大则可以适应光线较暗的场所,使得应用领域日渐宽广。而在CCTV应用领域中也推出了非球面镜头,可以使用于一些如银行这类对于摄像品质要求较高的场所。
 
初学者园地之镜头(二)
五、CCTV中的特殊镜头
    在特殊的CCTV安全镜头族群中,值得一提的品种包括光纤镜头、管道镜头、分像镜头、拐角镜头、中继镜头、自动聚焦镜头、安定镜头和长程镜头。这些镜头各有所长,可以实现普通镜头所无法完成的特殊功能。
㈠光纤镜头和管道镜头
    设计难度较大的监控系统中往往需要使用粘连光纤束镜头。与通常用于视频信号传输的单模光纤和多模光纤不同,这种光纤束是由上千根单独的玻璃光纤粘连在一起组成的。它可以将物镜得到的光学图像传输到十几厘米到几米远的地方。中继镜头从光纤束处理到图像后,再将其传送到摄像机的传感器上。通过光纤镜头取得的画面,其质量不如通过普通镜头取得的画面好。因此,这种镜头只能用在普通镜头无法解决问题的场合。光纤镜头分为刚性和柔性两种。
    高分辨率(450线)的粘连光纤束中有几万根玻璃纤维,光学图像就是通过这些纤维从一端传输到另一段,每根光纤在光纤束两端的几何阵列中所处的位置完全相同。完整的“光纤镜头”除了包括这个光纤束外,还需要在前面加装成像用的物镜,在后端加装传递图像用的中继镜头(以便图像会聚到传感器上)。
    光纤镜头通常用于穿过厚墙对隔壁房间的监视,有时也用在必须将摄像机与镜头分开一端距离的场合。
    另一种常用的长距离采光镜头是管道(borescope)镜头。管道镜头由直径为0.04~0.5英寸、长6~30英寸的通光管、杆状镜头和多联式中继镜头共同组成。中间的镜头用于将物镜形成的光学图像传送给后面的镜头,进而传送到摄像机传感器上。单杆镜头使用的是独特的GRIN(graded index,渐变折射率)玻璃杆,光学图像在通过它之间能够重新聚焦。由于杆和镜头的直径都很小,只有少量的光线能透入摄像机内部,因此这种系统的光学速度较慢,通常为f/11和f/30。这一特性使得管道镜头只能与光线充足的场景和高灵敏度的摄像机配用。因为管道镜头中使用的都是玻璃透镜,它的图像质量比光纤镜头要好一些。
㈡分像镜头
    能够将两个单独场景同时成像的同一摄像机上的镜头称作分像镜头或双焦镜头。这种镜头使用两个分开的透镜或双焦镜头。这种镜头使用两个分开的透镜获取两个场景的图像后,再将其投射到摄像机的传感器上,其中的两个透镜焦距可能相同,也可能不同;可能朝向同一方向,也可能朝向不同的方向。
    分像镜头的转接器可以起到同样的作用。除了用于连接摄像机的接口外,转接器上还有两个C型接口或CS接口,可以连接两个普通镜头,从而实现“一机两景”。根据双焦镜头设计的不同,最后得到的双景图像可以是左右分割的,也可以是上下分割的。所以定焦镜头、变焦镜头、针孔镜头或其它镜头,只要其接口是C型或CS型的,就都可以用到这种转换器上。侧镜位置安装的可调式反射镜可以改变镜头观察的方向。在侧镜旁边再加装一只反射镜,就可以让两中镜头对准同一场景。在这种情况下,如果前镜使用广角镜头(6.5mm),侧镜使用狭角镜头(75mm),就构成一个双焦镜头,与之相连的摄像机可以同时看到同一场景的广角和狭角的图像。在左右分割时,每个镜头的水平视场都变为正常情况下的1/2(每个镜头只能使用传感器的一半宽度)。将分像镜头旋转90°,可以得到上下分割的图像。双焦镜头在监视器上形成的图像是倒转的,因此需要将摄像机倒转过来安装。
    三向光学分像镜头可以同时观察三个不同的场景。三分镜头主要用于观察丁字型走廊,但是也可以作其它用途。使用三分镜头,可以同时观察三个不同的场景(放大倍数可以相同,也可以不同),而这三个场景是显示在同一监视器上。这样,我们就节省了两只摄像机、两台监视器和一只画面分割器。每个场景占据在监视器屏幕的1/3面积。镜头上的可调光学器件允许分别调节三个物镜的仰角,以适用长短不同的走廊需要(长走廊镜头接近水平,短走廊需要镜头略微冲下)。与双分镜头一样,摄像机也要倒转安装。
㈢拐角镜头
    拐角镜头使得摄像机可以做贴墙式的安装,即摄像机与轴线与墙面相平行。
    在墙壁后面的空间比较有限的场合,像柜员机、天花板或升降机内,拐角镜头将会是一个很好的解决方案。拐角光学镜头使得2.6mm镜头的轴线变得与摄像机的轴线相垂直,因为2.6mm镜头的视场可以达到110°,所以使用反光镜来解决这个问题将是不可能的。因为平面反射镜无法将全部场景反射到摄像机镜头上。这种黑边(vignitting)现象将使得我们无法在监视器上看到场景的部分边缘。
    拐角转接器可以套接所有焦距的镜头,但镜头必须带有C型或CS型的接口。
㈣中继镜头
    中继镜头用来将镜头或粘连光纤束聚焦的光学图像传送到摄像机传感器上。
这种镜头必须与其它物镜一起使用,其自身不能成像。在与光纤镜头配用时,它将光纤束输出端上面的图像投射到传感器上。与分像镜头或拐角镜头配用时,它也可以将双景图像或改向的图像投射到传感器上。中继镜头可以被看作是一个没有放大倍数的附加镜头,在与普通镜头配用时,它的主要作用是使得镜头和传感器之间的距离适当增大。
㈤自动聚焦镜头
    自动聚焦镜头在安全方面的应用相当有限,这是因为它的价格比普通的手动调焦镜头要昂贵。自动聚焦镜头主要用于便携式家用摄录机。这种机器所使用的镜头都是变焦镜头。
自动聚焦技术共有三种:主动红外测距、超声波定位和固态三角测量。
    主动红外自动聚焦使用的是三角测量原理。镜头中有一个发光二极管,可以向变焦镜头场景中心区域发射一小束红外线。接收透镜将反射回来的红外光投射到镜头旁的两个硅探头上。镜头内的微处理器电路再根据镜头聚焦环的物理位置和CCD传感器上得来的数据计算出目标与摄像机之间的距离。之后,微处理器电路会控制变焦镜头上的电动聚焦环,使中心目标清晰地聚焦在传感器上。
    自动聚焦镜头不能适用于所有的工作场合。如果目标不反射红外光,或目标将所有红外光都反射到了其它方向,从而致使摄像机接收不到回光,或目标超出了系统的工作范围,都将无法触发系统的自动聚焦功能。
㈥安定镜头
    在安全系统中,当镜头和摄像机在观察场景时晃动或震动时,就需要使用安定镜头。安定镜头广泛应用在手提式摄录机、车载摄像机、空中平台摄像机和船载摄像机系统中。安定镜头可以抵消摄像机因风吹而引起的严重晃动。这种镜头系统内部设有活动光学器件,并通过这种器件的反向移动来抵消摄像机和场景之间相对移动。
 
 
第一步 
    拿出支架,准备好工具和零件:涨塞、螺丝、改锥、小锤、电钻等必要工具;按事先确定的安装位置,检查好涨塞和自攻螺丝的大小型号,试一试支架螺丝和摄像机底座的螺口是否合适,预埋的管线接口是否处理好,测试电缆是否畅通,就绪后进入安装程序。 
 
  第二步
    拿出摄像机,按照事先确定的摄像机镜头型号和规格,仔细装上镜头(红外一体式摄像机不需安装镜头),注意不要用手碰镜头和CCD(图中标注部分),确认固定牢固后,接通电源,连通主机或现场使用监视器、小型电视机等调整好光圈焦距。
 
 
 第三步 
    拿出支架、涨塞、螺丝、改锥、小锤、电钻等工具,按照事先确定的位置,装好支架。检查牢固后,将摄像机按照约定的方向装上;
 
  第四步
    如果需要安装护罩,在第二步后,直接从这里开始安装护罩。1、打开护罩上盖板和后挡板;2、抽出固定金属片,将摄像机固定好;3、将电源适配器装入护罩内;4、复位上盖板和后挡板,理顺电缆,固定好,装到支架上。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
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 第五步 
   把焊接好的视频电缆BNC插头插入视频电缆的插座内,确认固定牢固。
 
  第六步
    将电源适配器的电源输出插头插入监控摄像机的电源插口,并确认牢固度。
        把电缆的另一头接入控制主机或监视器(电视机),确保牢固。
 
  第八步
    接通监控主机和摄像机电源,通过监视器调整摄像机角度到预定范围
  
  监 控 摄 像 机 的 使 用 常 识


      摄像机是获取监视现场图像的前端设备,它以面阵CCD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,新型低成本MOS图像传感器有了较快速的发展,基于MOS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系统中。由于MOS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CCD图像传感器,因此,在监控系统中使用摄像机仍为CCD摄像机。
  摄像机具有黑白和彩色之分,由于黑白摄像机具有高分辨率、低照度等优点,特别是它可以在红外光照下成像,因此在电视监控系统中,黑白CCD摄像机仍具有较高的市场占有率。顺便指出,在列出的闭路电视监控器材清单中的摄像机通常都是不带镜头的(一体化摄像机除外),因此在实际应用中,应根据监控现场的实际环境及用户要求,为摄像机配合适的镜头
  摄像机的使用很简单,通常只要正确安装镜头、连通信号电缆,接通电源即可工作。但在实际使用中,如果不能正确地安装镜头并调整摄像机及镜头的状态,则可能达不到预期使用效果。应注意镜头与摄像机的接口,是C型接口还是CS型接口(这一点要切记,否则用C型镜头直接往CS接口摄像机上旋入时极有可能损坏摄像机的CCD芯片)。
 
 
   安装镜头时,首先去掉摄像机及镜头的保护盖,然后将镜头轻轻旋入摄像机的镜头接口并使之到位。对于自动光圈镜头,还应将镜头的控制线连接到摄像机的自动光圈接口上,对于电动两可变镜头或三可变镜头,只要旋转镜头到位,则暂时不需校正其平衡状态(只有在后焦聚调整完毕后才需要最后校正其平衡状态)。
     调整镜头光圈与对焦 关闭摄像机上电子快门及逆光补偿等开关,将摄像机对准欲监视的场景,调整镜头的光圈与对焦环,使监视器上的图像最佳。如果是在光照度变化比较大的场合使用摄像机,最好配接自动光圈镜头并作摄像机的电子快门开关置于OFF。如果选用了手动光圈则应将摄像机的电子快门开关置于ON,并在应用现场最为明亮(环境光照度最大)时,将镜头光圈尽可能开大并仍使图像为最佳(不能使图像过于发白而过载),镜头即调整完毕。装好防护罩并上好支架即可
  在以上调整过程中,若不注意在光线明亮时将镜头的光圈尽可能开大,而是关得比较小,则摄像机的电子快门会自动调在低速上,因此仍可以在监视器上形成较好的图像;但当光线变暗时,由于镜头的光圈比较小,而电子快门也已经处于最慢(1/50s)了,此时的成像就可能是昏暗一片了。
 
 
 
 
初学者园地之摄象机(一)
第二章  前端部分的主要设备
第一节、摄像机
    摄像机的发展速度很快,从摄像管到CCD元件,以其构成的CCD摄像机具有体积小、重量轻、不受磁场影响、具有抗震动和撞击等特点,同时清晰度、照度、可靠性等指标大大提高而被广泛应用。CCD是Charge Coupled Device(电荷耦合器件)的缩写,它是一种半导体成像器件,因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。
    被摄物体的图像经过镜头聚焦至CCD芯片上,CCD根据光的强弱积累相应比例的电荷,各个像素积累的电荷在视频时序的控制下,逐点外移,经滤波、放大处理后,形成视频信号输出。视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到与原始图像相同的视频图像。
一、CCD摄像机的分类
㈠按照成像色彩划分
    CCD摄像机按成像色彩划分为彩色摄像机和黑白摄像机两种。除色度处理方面不同外,其它原理基本一致。主要有光学系统、光电转换系统、信号处理系统组成。其中光电转换系统是摄像机的核心。
    自然图像通过光学镜头成像于摄像机的光靶面上,彩色摄像机的光学系统中使用相干分色棱镜或特殊条状滤色镜将光信号分成红、绿、蓝三色光信号,光电转换系统通过摄像管或CCD元件利用电视扫描方法把光图像信号转换成随时间变化的视频电信号,再经放大、处理、编码而成为全电视信号。
㈡按照分辨率划分
    按照分辨率划分为25万像素左右,对应彩色330线/黑白400线的低档型;25万至38万像素之间,对应彩色420线/黑白500线的中档型;38万像素以上,对应彩色大于或等于460线黑白570线以上的高档型。
㈢按照摄像机灵敏度划分
    按照灵敏度可分为最低照度1至3lux的普通型;0.1lux左右的月光型;0.01lux以下的星光型以及原则上可以为0Lux,采用红外光源成像的红外照明型。
㈣按照CCD靶面尺寸划分
    摄像机摄像器件(CCD)的尺寸分为1英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸等。其中以1/3英寸和1/2英寸最为常见。
CCD尺寸      水平(mm)      垂直(mm)      对角线(mm)
1英寸      12.7      9.6      16
2/3英寸      8.8      6.6      11
1/2英寸      6.4      4.8      8
1/3英寸      4.8      3.6      6
1/4英寸      3.6      2.4      4
    1/5英寸的CCD摄像机正待开发之中,将来也会在市场上占有一定比例。一般来说,大的CCD芯片,其相应的象素面积也较大,接收所摄光的面积增大,必然使象素输出电荷增多,灵敏度上升,在弱光条件下具有较好的拍摄能力,容易使摄像机整体质量提高,图像细部明显细腻自然。而光学系统聚焦影像时的焦平面越小,则成像过程中丢失的细节就越多,得到的影像放大后细部过渡就可能有突变的现象,显得不自然。另外小尺寸CCD拥有更多的象素和更高的分辨率也会导致单个像素的感光面积缩小,有曝光不足的可能。单个像素的面积越小,其感光性能越低,信噪比越低,动态范围越窄。每个象素上的信息趋于与在它附近的象素的信息混合(在电子学上这个概念叫做色度亮度干扰)。
二、CCD传感器的技术发展趋势
    CCD是摄像机的核心器件,因此其性能高低将直接影响摄像机的品质,并且CCD的发展是摄像机更新换代的基础。
    CCD传感器有两种,第一种是特殊CCD传感器,如红外CCD芯片(红外焦平面阵列器件)、高灵敏度背照式和电子轰击式CCD、EBCCD等,另外还有大靶面如2048×2048、4096×4096可见光CCD传感器、宽光谱范围(紫外光→可见光→近红外光→3-5μm中红外光→8-14um远红外光)焦平面阵列传感器等。目前已有商业化产品,并广泛应用于各个领域。第二种是通用型或消费型CCD传感器,在许多方面都有较大地进展,总的方向是提高CCD摄像机的综合性能。
㈠CCD传感器的像面尺寸向集成化、轻量化方向的发展。
    由于制造CCD传感器的硅片和加工成本都很高,所以很希望一片6.5英寸的硅片上光刻出更多的CCD传感器芯片;由于光刻机的进步,所以在仍保持具有很高灵敏度的特性下,CCD传感器的尺寸向1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸、1/5英寸的方向发展。在1993年,1/2英寸的CCD传感器占总产量的5%;1/4英寸的CCD传感器占总产量的10%;1/3英寸的CCD传感器占总产量的85%。在1997年,在总产量比1993年增加200%以上的情况下,1/2英寸的CCD传感器仍有很大发展,已占总产量的15%(1/2英寸由于靶面较大仍有许多场合需要,尤其在科研领域中);1/4英寸的CCD传感占总产量的60%。也就是说,1/2英寸较大靶面尺寸CCD传感器仍有很大增长。1/4英寸的CCD传感器的产量比1/3英寸的CCD传感器来说,占总产量的比例在减少。
㈡CCD传感器向高素数、多制式发展
    各种CCD传感器的像面尺寸在减少,但其像素数在增加,已由早期的512(H)×596(V)向795(H)×596(V)发展,甚至出现超过百万像素的CCD传感器。为提高水平方向和垂直方向的分辨能力,已从通常的隔行扫描向逐行扫描格式发展。
㈢降低CCD传感器的工作电压、减少功耗
    在初期研制的CCD摄像机有+24V、+22V、+17V和+5V等,目前通用的为+12V。为配合PC摄像机和网络图像传输的应用,逐步以+12V和+5V两种工作电压为主。
⑷提高CCD摄像机的制造效率
    为了降低CCD摄像机的制造成本,实现高速自动化生产,制造厂家追求紧密性结构,致力于CCD摄像机的小型化,即由Dip On Board(DOB)过锡板工艺改进为Chip On Board(COB)板上连接IC芯片的贴片方式。到目前为止,已实现多层板的Multi Chip Module(MCM)多芯片集成模组化制造技术。
㈤CCD摄像机的数字化
    在制造CCD摄像机时,从以往的Analog模拟系统逐步实现DSP数字化处理,可以借助电子计算机和专门软件系统实现对CCD摄像机,特别是对彩色CCD摄像机的各种参数的量化调整,可以确保CCD摄像机性能指标的优化一致性以及在特殊使用条件下的参数量化修改。
三、CCD摄像机的技术性能、特点及进展
㈠Hyper-D高动态范围CCD摄像机
    CCD摄像机是一种用来模拟人眼的光电探测器。但是人眼在观察目标时,可以看清目标的最低照度为1Lux,当目标照度达到3×105Lux时,即为人眼动态范围,这种摄像机被称为Hyper-D CCD摄像机。
㈡从模拟Analog CCD摄像机向DSP数字处理CCD摄像机方向的发展
    采用DSP技术,可以使CCD摄像机在数字检测和数字运算技术上能够有效实现智能化逆光背景补偿;能够自动跟踪白平衡,即可以在任何条件下检测和跟踪“白色”,并以数字运算处理功能来再现原始的景物色彩。
㈢电脑摄像机(PC camera)和网络摄像机(Network Camera)
    由于计算机的进步和发展,可通过计算机主板上的USB接口通用串行总线和IEEE1394高速串行综合数据传输接口以及PCMCIA来输入。USB接口的传输速率是12Mbps,IEEE1394接口的传输速率是100-400Mbps。随着国际信息高速公路的实施,对于CCD摄像机作为系统的前端图像传感器正向着适合网络用户的方向发展。CCD摄像机不仅需具有高分辨率的图像质量,而且还需具有小巧、使用简便、通用性强的特点。当前人们关注的Consumer CCD摄像机在不久的将来会普及到千家万户。
㈣逐行扫描(Progressive Scan)方式CCD摄像机
    Progressive Scan CCD摄像机即逐行扫描CCD,是相对通用的隔行扫描CCD摄像机而言的。CCD摄像机的垂直分辨率一般仅能达到350TV线,这是由于使用 2场,每场以311条线扫描,以2∶1隔行扫描,对运动的目标会由于奇场和偶场合为一帧,使用两个瞬间状态的信息被平滑了,分辨率会不降。而用PC逐行扫描方式摄像机拍摄的运动目标是在同一瞬间将两场图像同时采集成为一帧图像,达到提高垂直分辨率的作用。 综上所述,到21世纪,世界将进入信息时代,数字化、计算机化、通讯、电视融为一体的网络化即将成为现实,让人们去面对、去学习、去研究。从整个系统来讲,CCD摄像机是核心的元件之一,但由于我国CCD摄像机制造技术和CCD传感器生产线正处于发展和不断完善的阶段,因此,目前我国CCD产业亟待发展,才能适应市场的需求。随着我国经济的高速增长,信息产业化进程的加快,CCD摄像机的市场会越来越大,应用的领域将深入到每一个相关的专业领域,将给人们带来新的概念。
四、CCD摄像机常见性能和主要性能指标
    现在摄像机的功能很多,如自动白平衡调整、自动增益调整、电子快门、逆光补偿、多种同步方式、Y/C分离输出等等。但考察摄像机档次的最主要指标是水平清晰度、最低照度(灵敏度)和信噪比。
㈠清晰度
    清晰度数是衡量摄像机优劣的一个重要参数,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(应比摄像机的分辨率高)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380~460线之间,广播级摄像机的分辨率则可达到700线左右。清晰度是由摄像器件像素多少决定的,显然摄像器件的像素越多,得到的图像越清晰,反之也然。清晰度越高,说明摄像机档次越高,反之越低。
㈡最低照度
    最低照度是最低照度是当被摄景物的光亮度低到一定程度而使摄像机输出的视频信号电平低到某一规定值时的景物光亮度值。一般彩色摄像机的最低照度为2~3LUX, 照度的测定是以在一定的镜头光圈系数为前提,因此,不能只看摄像机说明书中标明的最低照度,应按摄像机在同一光圈系数下其照度值的大小。最低照度越小,摄像机档次越高。相对于彩色摄像机而言,黑白摄像机由于没有色度处理而只对光线的强弱(亮度)信号敏感,所以黑白摄像机的照度比彩色摄像机照度要低,一般可做到0.1LUX在F1.4时,至于微光摄像机则更低。有关光圈系数的知识请参阅镜头一节。
    视频信号的标称值为1Vp-p,标准值为0.7Vp-p,最低照度时的视频信号值为1/3到1/2的标准植。所以摄像机在最低照度时的图像,决不会“如同白昼一样”。另外,摄像机在最低照度时产生的图像清晰度,是用电视信号测试卡进行测式的,其黑白相间的条纹,要求黑色反射率近于0%,白色反射率大于89.9%。而我们在现场观察时有时不具备这样的条件,比如:树叶和草地的反射率很低,反差很小,就不易获得清晰图像。因此实际使用当中不能以摄像机标称的最低照度作为衡量现场环境照度的标准。
㈢信噪比
    信噪比也是摄像机的一个重要的性能指标。当摄像机摄取较亮场景时,监视器显示的画面通常比较明快,观察者不易看出画面中的干扰噪点;而当摄像机摄取较暗的场景时,监视器显示的画面就比较昏暗,观察者此时很容易看到画面中雪花状的干扰噪点。干扰噪点的强弱(也即干扰噪点对画面的影响程度)与摄像机信噪比指标的好坏有直接关系,即摄像机的信噪比越高,干扰噪点对画面的影响就越小。
    所谓“信噪比”指的是信号电压对于噪声电压的比值,通常用符号S/N来表示。由于在一般情况下,信号电压远高于噪声电压,比值非常大,因此,实际计算摄像机信噪比的大小通常都是对均方信号电压与均方噪声电压的比值取以10为底的对数再乘以系数20,单位用dB表示。
    一般摄像机给出的信噪比值均是在AGC(自动增益控制)关闭时的值,因为当AGC接通时,会对小信号进行提升,使得噪声电平也相应提高。CCD摄像机信噪比的典型值一般为45dB~55dB。测量信噪比参数时,应使用视频杂波测量仪直接连接于摄像机的视频输出端子上。
㈣自动增益控制(AGC)
    AGC——Automatic Gain Control的缩写。所有摄象机都有一个将来自 CCD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,需利用摄象机的自动增益控制(AGC)电路去探测视频信号的电平,适时地开关AGC,从而使摄象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象机的灵敏度,从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。具有AGC功能的摄像机,在低照度时的灵敏度会有所提高,但此时的噪点也会比较明显。这是由于信号和噪声被同时放大的缘故。
㈤背景光补偿(BLC)
    BLC——BackLight Compesation的缩写,也称作逆光补偿或逆光补正,它可以有效补偿摄像机在逆光环境下拍摄时画面主体黑暗的缺陷。
通常,摄象机的AGC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个很暗的前景目标,则此时确定的AGC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显示状况。
    当引入背光补偿功能时,摄像机仅对整个视场的一个子区域(如从第80行 ~ 200行的中心区域)进行检测,通过求此区域的平均信号电平来确定AGC电路的工作点。由于子区域的平均电平很低,AGC放大器会有较高的增益,使输出视频信号的幅值提高,从而使监视器上的主体画面明朗。此时的背景画面会更加明亮,但其与主体画面的主观亮度差会大大降低,整个视场的可视性得到改善。
    当背景光补偿为开启时,摄象机仅对整个视场的一个子区域求平均来确定其AGC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。
㈥电子快门(ES)
    电子快门的英文全称为Electronic Shutter,是对比照相机的机械快门功能提出一个术语,它相当于控制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。
㈦白平衡(WB)
    白平衡(White Balance),只用于彩色摄象机,其用途是实现摄象机图像能精确反映景物状况,有手动白平衡和自动白平衡两种方式。
    自动白平衡(AWB,Automatic White Balance)有分为连续白平衡和自动控制白平衡。连续白平衡也称为自动跟踪白平衡(Automatic Tracking White balance,ATW),是随着景物色彩温度的改变而连续地调整,范围为2800~6000K。这种方式对于景物的色彩温度在拍摄期间不断改变的场合是最适宜的,使色彩表现自然,但对于景物中很少甚至没有白色时,如场景大部分是蓝天白云或夕阳等高色温物体及场景比较昏暗的场合下,连续的白平衡不能产生最佳的彩色效果。自动控制白平衡(Automatic White balance Control,AWC),需要先将摄象机对准诸如白墙、白纸等白色参考目标,然后将通过菜单或开关设置从手动改变为自动方式,保留在该位置几秒钟或者至图像呈现白色为止,在白平衡被执行后,将自动方式开关拨回手动位置以锁定该白平衡的设置,此时白平衡设置将保持在摄象机的存储器中,直至再次执行被改变为止,其范围为2300~10000K,在此期间,即使摄象机断电也不会丢失该设置。以按钮方式设置白平衡最为精确和可靠,适用于大部分应用场合。
    手动白平衡关闭自动白平衡,通过手动调节红色或蓝色调整装置,以改变红色或蓝色状况,一般可调等级多达107个,如增加或减少红色各一个等级、增加或减少兰色各一个等级。除次之外,有的摄象机还有将白平衡固定在3200K(白炽灯水平)和5500K(日光水平)等档次命令。
㈧同步方式
    摄像机的同步方式一般有内同步、电源同步和外同步。
    内同步(INT)是利用摄象机内部的晶体振荡电路产生同步信号来完成操作。
    电源同步(LL,Line Locked),也称之为线性锁定或行锁定,是利用摄象机的交流电源来完成垂直推动同步,即摄象机和电源零线同步。
    外同步(EXT)利用一个外同步信号发生器产生的同步信号送到摄象机的外同步输入端来实现同步。同步信号可以是彩色复合视频或黑色突法信号(VBS)、黑白复合视频或复合同步信号(VS),也可以是如矩阵等外部设备的复用垂直驱动信号(VD2)和复合视频输出信号
五、一体化摄像机
    对于厂商而言,发展一体化特殊型摄像机的本意是为了提供消费者一个使用方便、安装简单、功能齐全的产品。因此厂商将镜头内建于摄像机中,使客户免除另外购买镜头及装配的步骤。
    此外,一般传统摄像机造型呆板,以小型或特殊设计的外观取代旧式机种,甚至以多种附加功能,例如∶防水、防弹或电脑遥控、电源自动侦测等,提高产品价格,皆是厂商推出一体化摄像机的目的。
㈠产品类型
    就目前产品外型来看,一体化摄像机可大致分为特殊型以及一般型。所谓特殊型,是强调产品具备特殊防护功能,以免除防护罩的使用为设计出发点,其产品外壳多为圆柱体,项目包括防水型、防暴(爆)型、防弹型摄像机等。以防水型为例,采用特殊材质如铝合金,增强外壳防水等级,强调不须外加防护罩。为了提升产品附加价值,进而发展自动对焦功能,或提供IR光源,在夜间也能提供清晰图像。
    一般型则是从原有的传统摄像机造型而来,同样具备四方外表,而镜头内建,体积较小。相较于特殊型或传统摄像机,目前一般型的一体化摄像机皆具备各式基本功能,如自动光圈、自动变焦、460电视线以上的清晰度、自动白平衡、背光补偿等等。
㈡镜头为发展关键
    一体化摄像机的技术关键部分在于镜头以及摄像机内部的线路设计。镜头决定其显像效果、光圈、对焦功能外,也是摄像机的最大成本。而线路设计则是影响摄像机各项功能运作的关键。
    镜头就镜头的形式来看,不论是机板型(Board Lens)或一般型镜头,可藉由手动调整光圈以及焦距的伸缩镜头(Zoom Lens)发展已久,因此使用普及。而近年来,在镜头制造商技术进步的情况下,变焦镜头(Vari-focal Lens)以其自动对焦的优点而受摄像机制造商喜爱。由于变焦镜头体积较小、可自动变焦,因此广泛应用于快速球型摄像机以及一体化摄像机中。
    而伸缩镜头因体积大、价格较变焦镜头高出许多,因此一体化摄像机制造商多采用变焦镜头,使用率逐渐增加。据了解,目前以3.5~8mm的镜头使用最为普及。对一体化摄像机而言,由于体积较小,因此多半采用机板型镜头(Board Lens)。相较于一般镜头,机板型镜头价格便宜、尺寸较小,但由于镜头与摄像机的空隙较小,因此安装制造较为困难。在镜头尺寸部分,过去以1/3”镜头使用最多,但1/4”镜头较小更适用于一体化摄像机,加上近年来IC厂商大量生产晶片,带动1/4”晶片的成本降低,使用量逐渐凌驾1/3”镜头。然而,1/3”镜头所摄取的图像效果最好,仍有不少一体化摄像机制造商使用,因此仍有相当大的发展空间。
㈢线路设计
    线路设计关系着如何依现有摄像机结构,搭配镜头的自动光圈线路,以做到最佳效果。一般而言,自动光圈有二种驱动方式,一是Video Driver,另一种是DC Driver。Video Driver镜头是将光圈马达的驱动电路板安装于镜头内,利用摄像机输出图像信号到驱动电路板,再由驱动电路板来改变光圈马达,使光圈变化,成本与施工都比较贵。DC Driver镜头是配合部分摄像机制造商,将原先安装于镜头中的驱动电路板转至摄像机中,因此镜头不需要驱动电路板,直接由摄像机输出DC电流来改变光圈马达,使光圈产生变化,由于接头固定,成本较低,施工也较为容易。目前一体化摄像机市场上两种都有使用。
    另外,线路设计也同时影响著摄像机的附加功能,例如快门速度调整可从1/60到1/100,000,自动白平衡、自动增益,或提供屏幕菜单功能,使用者可由OSD调整各项功能。
此外,图像放大(Zoom)也是厂商的强调重点之一。简单来说,放大方式有数字放大以及光学放大两种,数字放大是以图像模拟的方式放大,容易有画面失真、模糊(马赛克)的情况出现,而光学式放大则不会有此问题。因此,对使用者而言,在考虑图像放大的倍数时,应以光学式放大倍数为准。
㈣发展瓶颈
    根据目前一体化摄像机发展情况来看,自动光圈镜头的控制、镜头与摄像机的搭配以及后续的扩充能力,仍是厂商的发展瓶颈。所谓后续的扩充能力,在于产品新功能开发、如何与其他周边整合以及小系统的建置,是厂商在设计开发的重点。
    目前主要镜头供应地为日本及韩国,其中以日本的制造量最大、销售量最高,然而日本镜头价格高,连带的提高一体化摄像机的制造成本。
㈤未来发展
    一体化摄像机是为符合客户安装便利的需求所开发出的产品,未来也将继续朝此目标迈进,例如∶如何让图像品质更真实,开发能与电脑结合的使用介面等。许多厂商表示,多工球型摄像机不但镜头内建,更能做到360度旋转监视、镜头、光圈、快门调整,以及定位点功能,当是“一体化摄像机”的发展极致。
六、球型摄像机
    球型摄像机是指将摄像机、镜头等设备组合内置在球型防护罩内的摄像设备。以球型防护罩区分,有全球型和半球型;以球型摄像机的性能区分为定焦镜头球型摄像机或定焦镜头球罩型摄像机和内置摄像机、变焦镜头、云台、解码器等设备的一体化智能球机;以安装方式区分,有悬吊式、吸顶式和嵌入式等;以应用环境区分为室内型和室外型。
    球型摄像机造型美观、安装隐密、使用方便、功能齐全,深受广大用户的青睐。特别是一体化智能球机以单一设备取代了传统的摄像机、变焦镜头、快速云台、遥控解码器等设备的组合,在性能价格比上占有很大的优势,成为球型摄像机的主流,因此我们常说的球机实际上是指这种智能球机。
㈠智能球机的功能
    由于智能球机是多个前端设备的组合,因此需要具备这些设备的必需功能。一般来说,作为高端产品的智能球机应具有较高的摄像清晰度、自动电子快门、自动白平衡、电子与数码变焦、自动光圈与自动聚焦、水平连续旋转、高转速、预置位等功能。
智能球机还根据使用环境的不同而具备多项辅助功能以满足不同的气候条件,如内置风扇、加热器等。
㈡智能球机的优势与不足
    相对与传统的摄像机、镜头、云台、防护罩、解码器组合,智能球机安装结构简单,所需连接的线缆数量少,几乎不需要调试的特点降低了安装难度,减少故障发生率;其外观精美,体积小巧便于隐蔽监视,并且不影响现场美观程度;快速旋转能力更能准确快速追踪目标;造价相对低廉等。
    智能球机也同样存在一定的不足之处。由于整机体积小,摄像机、镜头体积也相应变小,摄像机以1/4英寸CCD居多,其清晰度和光通量不及1/2和1/3英寸CCD的摄像机;镜头虽然变焦倍数较大,常见的有18倍、22倍,但起始焦距较小,一般为4mm,因此最大焦距不超过100mm,因此在需要监视大范围、远距离的目标时力有未逮;球机的防护罩外型为半球或球型,不能加装雨刷器,长时间使用后会因为积垢影响图像质量;球型罩对加工材料,光洁度、平整度、曲率、均匀度等加工工艺要求很高,劣质球罩会产生重影、透光率下降、反光、弧形失真等现象,影响监视效果。
㈢智能球机的发展
    未来产品将会以小型化、智能化(具备自动追踪功能)、超低照度等功能为主。部份厂商更进一步的指出,快速球在工程中的应用已得到认同,单就利润方面来考量,应用场所多集中在社区监控(如高速公路、街道等)为多,而日夜两用(彩色黑白自动转换)的快速球型摄影机势必将更适合应用场所。另外,随著网络的普及,网络化、数字化乃大势所趋,通过网络进行控制并现有的监控系统相兼容,也是厂商未来的发展重点之一。
七、低照度摄像机
    顾名思义,低照度摄像机是指在较低光照度的条件下仍然可以摄取清晰图像的摄像机,目前CCTV产业的技术规格方面对此并无统一标准,因此也无法定义在最低照度为何值可称其为低照度摄像机。况且最低照度的数值与镜头的光圈大小(F值)、电子灵敏度(ELECTRONIC、SENSITIVITY)、红外线开关状态等条件均有关系,因此需要在相同测试条件下考察摄像机的最低照度。
    低照度摄像机在市场的演进简单分为以下三步:白天彩色/晚上黑白(COLOR/MONO);低速快门(SLOW/SHUTTER)及超感度摄像机(EXVIEW HAD)。
㈠白天彩色/晚上黑白(昼夜型摄像机COLOR/MONO)
    此类摄像机目前在市场上仍有其特定的需求群,昼夜型(COLOR/MONO)摄像机是利用黑白图像对红外线感度较高的特点,在一定的光源条件,利用线路切换的方式将图像由彩色转为黑白,以便于搭配红外线。在彩色/黑白线路转换的技术演进过程中,早期像PHILIPS(飞利浦)、IKEGAMI(池上)、日本JVC曾采用2颗SENSOR(1颗彩色、1颗黑白)共用一组电路再行切换,目前此类摄像机已采用单一CCD(彩色)设计,在白天或光源充足时为彩色摄像机,当夜晚降临或光源不足时(一般在1LUX~3LUX)即利用数字电路将彩色信号消除掉,成为黑白图像,且为了搭配红外线,亦拿掉了彩色摄像机不可缺的红外线滤除器,此种作法虽可在夜晚达到“低照度”的目的,白天却有图像模糊,色彩不自然的缺点,并且摄像机的摄像距离会受到红外灯照射距离的限制。然而,COLOR/MONO摄像机是否属于“低照度”摄像机,仍相当具争议性,专家指出真正的“低照度摄像机”应指摄像机本身 (所采用的元件、技术)可达到的功能,而白天彩色/晚上黑白的摄像机因受限于CCD灵敏度,本身并无法改变,只是利用线路切换及搭配红外光的方式将功能提升,不能算是低照度摄像机。
㈡低速快门(SLOW/SHUTTER)
    此类摄像机又称为(画面)累积型摄像机,是利用电脑记忆体的技术,连续将几个因光线不足而较显模糊的画面累积起来,成为一个图像清晰的画面,运用SLOW SHUTTER技术降低摄像机照度至0.008LUX/F1.2(×128),并且画面能够累积的帧数 (128帧)是属于甚至包括进口品牌再内的领先水平。此类型低照度摄像机适用于禁止红、紫外线破坏的博物馆,夜间生物活动观察,夜间军事海岸线监视等,属性较静态场所的监视。此类型的低照度摄像机,大多数为进口品牌价格昂贵,且累积帧数少(32帧)。
㈢超感度摄像机(EXVIEW/HAD)
    超感度摄像机(EXVIEW/HAD),又称24小时摄像机,为98年全世界最热门的机种,其彩色照度可达0.05LUX,黑白则可达0.003-0.001LUX(亦可搭配红外线以达 0LUX)不仅能清晰的辩识图像,更是实时连续的画面。 此类型摄像机主要是采用SONY元件厂于97年所推出的EXVIEW/HAD/CCD(超感 CCD),其运用专利技术将CCD每一像素的开口率提高,进而达到更低照度的要求,由于该CCD的制造成本仍高,在99年统计时全球每个月的总量也还不到4000台;相对的成品制造商要研发此类摄像机的技术门槛也较高。专业人士认为若EXVIEW/HAD/CCD一旦普及,则此类摄像机将会是最具明日之星架势的监视摄像机。
八、网络摄像机
    与低照度摄像机一样,目前业界对网络摄像机也没有统一的标准定义。有两种流行的说法:第一,直接连接网络的摄像机就是网络摄像机;第二,使用网络来传输图像的摄像机就是网络摄像机。
    典型的网络摄像机包括一个镜头,一个滤光器,一个嵌入式图像感测器,一个图像数字转换器,图像压缩机,和一个具有网络连接功能的服务器。
㈠网络摄像机的功能
    每一个网络摄像机都有自己的IP网址,数据处理功能,和内置应用软件,可担当网络服务器、FTP服务器、FTP用户端和邮箱用户端。许多高级的IP网络摄像机还包括其他特殊功能,比如移动探测、警报信号输出/输入设备和邮件支持功能网络摄像机不但支持所有的标准模拟CCTV摄像机功能,而且为使用者提供更多的系统功能并能减少更多的成本。
    网络摄像机采用了最先进的摄像技术和网络技术,具有强大的功能。内置的系统软件能实现真正的即插即用,使用户免去了复杂的网络配置;内置的大容量内存存储警报触发前的图像;内置的I/O端口和通讯口便于扩充外部周边设备如:门禁系统,红外线感应装置,全方位云台等。提供软件包便于用户自行快速开发应用软件。
㈡网络摄像机的优势
    网络摄像机最显著的优势之处有两个方面:集中管理和远距离。集中管理是指监控点很多的系统采用模拟CCTV系统是难以控制其中,集中管理是指像布鲁塞尔国际机场有600个点的系统,采用传统模拟CCTV系统是难以控制的;远距离是指范围超过50公里的系统,采用传统模拟CCTV系统如光纤将使成本大大增加
    网络摄像机除能在世界的任何一个角落通过Internet进行远端监控之外,通过网络监控也可能有效地降低成本,它的“即插即用”功能,无须像模拟摄像机一样必须安装同轴电缆,只要利用现有的网络就可以使用,这都是网络摄像机的优势之处。
㈢网络摄像机的压缩方式
    无论在局域网或者其它媒体中传输高品质的图像都要受到带宽的限制,因此图像品质与带宽的平衡是网络摄像机选择图像压缩格式的两难。由于MJPEG压缩模式比起H.263和MPEG4等压缩格式要占用大得多的带宽,早期因为比较容易实现而受到制造商欢迎的MJPEG图像压缩格式正在被放弃。目前,新型的网络摄像机产品大多都采用H.263和MPEG4等压缩格式。
    如果网络摄像机价格调整到下来,在后端的电脑上随意安装一套软件将彻底代替目前的DVR。因此,DVR只是在数字化道路上迈出的一小步,一旦网络摄像机的有利条件成熟,DVR将毫无疑问地被取代。
㈣网络摄像机的特点
    相较其它模拟CCTV或者DVR等监控产品,网络摄像机主要优势是:
    节省费用:到目前为止,普通网络图像解决方案通常都是需要复杂的系统,涉及到PC、附加软件和硬件、工作站,有时还有视频电缆系统。而网络摄像机系统往往不需要一些不必要的设备和安装的投入,系统可以通过网络直接连接实现远端监控,省去了闭路电视,大幅度减少了线材及人力费用,降低了成本。
    即插即看:网络摄像机具备了所有需要用来建立远程监控系统的构件。内置Web server功能,只需要接入以太网,分配一个地址,就可以通过网络可直接实现远端监控,并随时用浏览器观察远程传输过来的图像。
    系统性能高:系统画面设置灵活,可依应用不同及用户喜好自行设定画面的大小、解析度以及监控的地点,达到多点网络控的目的。如支持W74GM网络摄像机的NCS软件,多用户可同时访问某个网络摄像机,当触发报警时,它可以自动存储报警前后一定时间段内的活动图像,具有许多功能。
    网络中易于使用:基于全球业界标准,网络摄像机可以与各种类型的以太网设备无缝连接。在某种意义上,网络摄像机是一个标准的网络设备。而一但是网络设备,在全球单一网络的今天,易于使用、价格低廉等都将是网络摄像机的特点。
    灵活集成:系统可以方便地联动其它安全防范设备,如湿度、温度、烟感、入侵等报警器;同时可以连动灯光、警号、锁具等动作设备,这使得它可以方便地组成一套功能强大的安全防范系统。
    相信网络摄像机在不久的将来将在CCTV的基础上占优势地位。
九、摄像机的日常维护
    由于工业CCD摄像机是24小时不间断地工作,因此作好摄像机的日常维护将对其使用寿命和效果具有很大的影响,摄像机的日常维护应注意如下几点:
㈠通电以前应保证摄像机各种状态设置正确。
㈡避免在高温、潮湿、强磁场的环境工作。
㈢避免阳光或强光长时间直射,以免损坏摄像靶面。
㈣注意摄像机的工作电源的稳定性。
㈤注意摄像机的日常清洁。
㈥注意光圈调整,降低或避免由于景物对比度的较大反差引起的“拖尾”现象。。

 

 

 

 

 

 

初学者园地之图象显示设备(一)
第二节、图像显示设备
一、CRT(Cathode Ray Tube)监视器:
    监视器的功能是把摄像机输出的全电视信号还原成图像信号。按照使用的阴极射线管(CRT)不同可以分为高档CRT监视器(600~800线)、高质量CRT监视器(370~500线)、图像监视器(300~370线)和收监两用CRT监视器(小于300线)。
    专业监视器的功能与电视机基本相同,但由于监视器的特殊使用要求和标准,所以线路结构和技术指标有较大差别。相比之下,监视器具有如下特点:
㈠应用电视系统中监视器的输入信号是未经调制的正极性的全电视信号(视频信号)。而电视机虽有视频、音频输入端子(收监两用机),但最基本的是接收射频信号。
㈡监视器必须是百分之百地显示被摄物体的原貌,不能有任何附加影响,包括被摄体的不足之处也不能加以纠正。而电视机尤其是彩色电视机是为了满足人们视觉享受,因此尽可能的修改被摄体的缺陷并在色彩上加以处理,所以能够观看到鲜艳的、漂亮的图像。
㈢监视器的清晰度远高于电视机。一般电视机的清晰度只有270线而专业监视器一般都能达到400线(彩色)、500线(黑白),至于广播级监视器可以达800线(彩色)、1000线(黑白)。
㈣监视器具有较多的调节装置和外部控制机构,这主要因为监视器线路不能设计任何补偿、平衡线路所致。
㈤一般监视器没有高放、变频、中放等部分,有的还不带音频。
㈥一般专业监视器的显像管与电视机的不同,尤其是清晰度高的监视器。根据我国的电视标准,1MHZ的频带宽度对应于80电视线清晰度,那么6MHZ频带就可以通过480线的图像信号。 但该信号能否在荧光屏上显示出来,还需看显像管的分辨力能否达到要求。否则再宽的频带的电视机也不能改装成高清晰度的监视器。
    此外,监视器的视频通道的频率响应不同于一般小信号放大器的概念,其负载是显像管,显像管的激励要达到一定的光亮度反差。因此,监视器的视频末级放大器的工作状态具有高反压、宽频带、中功率、容性负载等特点。
    对于要求不算太高的监控系统,可以选用带视频、音频输入端子的收监两用机代替价格昂贵的专业监视器。
    监视器/电视的尺寸大小不一,应根据现场情况和其它设备的配置比较选择。除清晰度外现场观察清楚与否和观看的距离有着直接关系。一般说来,尺寸越大,观看距离应越远;尺寸越小,观看距离越近。小于或大于合理的观看距离都会造成图像感觉上的不清楚,眼睛也容易疲劳。一般14寸监视器的最佳观看距离是1.0 米~1.5 米,21寸为1.6 米~3.0米。
    另外,随着电视技术和计算机技术的日益发展,CRT的性能也在不断提高。当前全平显示器的出现成为CRT新的亮点,而采用100Hz数码扫描(Digital Scan)技术能够完全消弱运动物体图像的震颤现象,画面更加稳定,更益于视力的保护。采用逐行扫描(Progressive Scan)使行水平扫描线倍增,垂直清晰度大大提高。另外减少辐射量,充实环保和健康的TCO标准将被普遍采纳以及16:9、100线支持1920×1080i显示格式的高分辨率全数字式监视器的推出都会给CRT监视器带来新的活力,因此CRT监视器还不会很快被新型图像显示设备取代,并将在很长的时间内与新型显示设备共存。
 
初学者园地之图象显示设备(二)
二、大屏幕投影设备
    随着信息时代的到来,计算机多媒体技术的迅猛发展,网络技术的普遍应用,大到指挥监控中心、网管中心的建立,小到临时会议、技术讲座的进行,都渴望获得大画面、多彩色、高亮度、高分辨率的显示效果,而传统的CRT显示器很难满足人们这方面的要求。近些年来迅速发展起来的大屏幕投影机技术成为解决彩色大画面显示的有效途径,应用范围进一步拓展,市场也因需求的增长日渐活跃。
    到目前为止,投影机主要通过三种显示技术实现,即CRT投影技术、LCD投影技术以及近些年发展起来的DLP投影技术。
    按照投影方式的不同分为前投式、背投式和组合拼接三种。投影设备的显示屏幕一般远远大于CRT显示器,因此在监控系统中常常用做主监视器使用。
㈠CRT投影机
     CRT是英文(Cathode Ray Tube)的缩写,译作阴极射线管。作为成像器件,它是实现最早、应用最为广泛的一种显示技术。这种投影机可把输入信号源分解成R(红)、G(绿)、B(蓝)三基色,它们控制电子束分别打在RGB三个CRT管的荧光屏上,荧光粉在高压作用下发光,在荧光屏上重现一个较亮的图像,经过光学系统放大、会聚,在大屏幕上显示出彩色图像。光学系统与CRT管组成投影管,通常所说的三枪投影机就是由三个投影管组成的投影机。由于使用内光源,也叫主动式投影方式。CRT技术成熟,显示的图像色彩丰富,还原性好,具有丰富的几何失真调整能力;但其重要技术指标图像分辨率与亮度相互制约,直接影响CRT投影机的亮度值,到目前为止,其亮度值始终徘徊在300lm以下。另外CRT投影机操作复杂,特别是会聚调整繁琐,机身体积大,只适合安装于环境光较弱、相对固定的场所,不宜搬动。
    有两个CRT投影机的特有性能指标值得注意:
    第一个是会聚性能,会聚是指红绿蓝三种颜色在屏幕上的重合。对CRT投影机来说,会聚控制性显得格外重要,因为它有RGB三种CRT管,平行安装在支架上,要想做到图像完全会聚,必须对图像各种失真均能校正。机器位置的变化,会聚也要重新调整,因此对会聚的要求,一是全功能,二是方便快捷。会聚有静态会聚和动态会聚,其中动态会聚有倾斜,弓形,幅度,线性,梯形,枕形等功能,每一种功能均可在水平和垂直两个方向上进行调整。除此之外,还可进行非线性平衡,梯形平衡,枕形平衡的调整。
    另外一个指标就是CRT管的聚焦性能。我们知道,图形的最小单元是像素。像素越小,图形分辨率越高。在CRT管中,最小像素是由聚焦性能决定的,所谓可寻址分辨率,即是指最小像素的数目。CRT管的聚焦机制有静电聚焦、磁聚焦和电磁复合聚焦三种,其中以电磁复合聚焦较为先进,其优点是聚焦性能好,尤其是高亮度条件下会散焦,且聚焦精度高,可以进行分区域聚焦,边缘聚焦,四角聚焦,从而可以做到画面上每一点都很清晰。
㈡LCD投影机
    LCD(Liquid Crystal Display,液晶显示)投影机是液晶显示技术和投影技术相结合的产物,它利用液晶的电光效应,用液晶板作为光的控制层来实现投影。液晶的种类很多,不同的液晶,其分子排列顺序也不同(在LCD显示器中,采用了扭曲向列型液晶)。有些液晶在不加电场时是透明的,而加了电场后就变得不透明了;有些则相反,在不加电场时是不透明的,而加了电场后就变得透明了,透明度的变化与所加电场有关,这就是电光效应。LCD投影机按内部液晶板的片数可分为单片式和三片式两种。现在投影机主要采用3片式LCD板,在此重点说明3片式LCD投影机的工作原理。
    三片式LCD投影机用红绿蓝三块液晶板分别作为红绿蓝三色光的控制层。光源发射出来的白色光经过镜头组会聚到达分色镜组,红色光首先被分离出来,投射到红色液晶板上,液晶板记录下的以透明度表示的图像信息被投射生成了图像中的红色光信息。绿色光被投射到绿色液晶板上,形成图像中的绿色光信息,同样蓝色光经蓝色液晶板生成图像中的蓝色光信息,三种颜色的光在棱镜中会聚,由投影镜头投射到投影幕上形成一幅全彩色图像。
    LCD投影机分为液晶板和液晶光阀两种。液晶是介于液体和固体之间的物质,本身不发光,工作性质受温度影响很大,其工作温度为-55℃~+70℃。投影机利用液晶的光电效应,即液晶分子的排列在电场作用下发生变化,影响其液晶单元的透光率或反射率,从而影响它的光学性质,产生具有不同灰度层次及颜色的图像。
⒈液晶光阀投影机
    这种投影机也称为图像光学放大器ILA(Image Light Amplifier),理论上可以将亮度与图像完全分离,从而显示高亮度、高对比度、高分辨率的画面。
    它采用CRT管和液晶光阀作为成像器件,是CRT投影机与液晶光阀相结合的产物。为了解决图像分辨率与亮度间的矛盾,它采用外光源,也叫被动式投影方式。一般的光阀主要由三部分组成:光电转换器、镜子、光调制器,它是一种可控开关。通过CRT输出的光信号照射到光电转换器上,将光信号转换为持续变化的电信号;外光源产生一束强光,投射到光阀上,由内部的镜子反射,通过光调制器,改变其光学特性,紧随光阀的偏振滤光片,将滤去其它方向的光,而只允许与其光学缝隙方向一致的光通过,这个光与CRT信号相复合,投射在屏幕上。它是目前为止亮度、分辨率最高的投影机,亮度可达6000lm,分辨率为2500×2000,适用于环境光较强、观众较多的场合,如超大规模的指挥中心、会议中心及大型娱乐场所。但其价格高,体积大,光阀不易维修。
⒉液晶板投影机
    它的成像器件是液晶板,也是一种被动式的投影方式。利用外光源金属卤素灯,通过分光镜形成RGB三束光,分别透射过RGB三块液晶板;信号源经过模数转换,调制加到液晶板上,控制液晶单元的开启、闭合,从而控制光路的通断,再经镜子合光,由光学镜头放大,显示在大屏幕上。目前市场上常见的液晶投影机比较流行单片设计,这种投影机体积小,重量轻,操作、携带极其方便,价格也比较低廉。但其光源寿命短,色彩不很均匀,分辨率较低,最高分辨率为1024×768,多用于临时演示或小型会议。这种投影机虽然也实现了数字化调制信号,但液晶本身的物理特性,决定了它的响应速度慢,随着时间的推移,性能有所下降。
    模拟信号显示达450线,数字信号为1600×1280以下,亮度集中在400~1200lm。LCD投影机具有体积小、便于携带,使用时无需调整会聚的特点,其灯泡寿命大约3000小时左右。
 
初学者园地之图象显示设备(三)
㈢数字光处理DLP
    数字光处理DLP(Digital Light Processing)德州仪器公司(Texas Instruments)研发的一套全数字化显示解决方案。DLP技术的核心是DMD(Digital Micromirror Device)——数字微镜器件。
⒈DLP的工作过程
    DMD器件是DLP的基础,一个DMD可被简单描述成为一个半导体光开关,50~130万个微镜片聚集在CMOS硅基片上。一片微镜片表示一个象素,变换速率为1000次/秒,或更快。每一镜片的尺寸为14μm×14μm(或16μm×16μm),为便于调节其方向与角度,在其下方均设有类似铰链作用的转动装置。微镜片的转动受控于来自CMOS RAM的数字驱动信号。当数字信号被写入SRAM时,静电会激活地址电极、镜片和轭板(YOKE)以促使铰链装置转动。一旦接收到相应信号,镜片倾斜10°,从而使入射光的反射方向改变。处于投影状态的微镜片被示为“开”,并随来自SRAM的数字信号而倾斜+10°;如显微镜片处于非投影状态,则被示为“关”,并倾斜-10°。与此同时,“开”状态下被反射出去的入射光通过投影透镜将影像投影到屏幕上;而“关”状态下反射在微镜片上的入射光被光吸收器吸收。简而言之,DMD的工作原理就是借助微镜装置反射需要的光,同时通过光吸收器吸收不需要的光来实现影像的投影,而其光照方向则是借助静电作用,通过控制微镜片角度来实现的。
    通过对每一个镜片下的存储单元以二进制平面信号进行寻址,DMD阵列上的每个镜片以静电方式倾斜为开或关状态。决定每个镜片倾斜在哪个方向上为多长时间的技术被称为脉冲宽度调制(PWM)。镜片可以在一秒内开关1000多次,在这一点上,DLP成为一个简单的光学系统。通过聚光透镜以及颜色滤波系统后,来自投影灯的光线被直接照射在DMD上。当镜片在开的位置上时,它们通过投影透镜将光反射到屏幕上形成一个数字的方形像素投影图像。当 DMD 座板、投影灯、色轮和投影镜头协同工作时,这些翻动的镜面就能够一同将图像反射到演示墙面、电影屏幕或电视机屏幕上。
    DMD可以提供1670万种颜色和256段灰度层次,从而确保DLP投影机可投影的活动影像画面色彩艳丽的细腻、自然逼真。
    DMD最多可内置2048×1152阵列,每个元件约可产生230万个镜面,这种DMD已有能力制成真正的高清晰度电视。
⒉DLP技术的优点
⑴抹去图象中的缺陷
    DMD微镜器件非凡的快速开关速度与双脉冲宽度调制的一种精确的图像颜色和灰度复制技术相结合,使图像可以随着窗口的刷新而更加清晰,通过增强对比度,描绘边界线以及分离单个颜色而将图像中的缺陷抹去。
⑵避免“纱门”效应
    在许多LCD投影图像中,我们会看到当一个图像尺寸增加时,LCD图像中的缝隙将变得更大,而在DLP投影机中则不会出现这样的情况,DMD镜面的大小和形状决定了这一切。每个镜片90%的面积动态地反射光线以生成一个投影图像,由于一个镜头与另一个镜头之间是如此的接近,所以图像看起来没有缝隙。DMD镜片体积微小,每一侧边的长度为16微米,相邻镜头之间的缝隙小于1微米。镜头是方形的,所以每一个镜片显示的内容要比实际图像更多。再加上当分辨率增加时大小及间距仍保持一致,因此无论分辨率如何变化,图像始终能够保持很高的清晰度。
⑶与光亮并存
    许多观众经常会希望在观看投影时保持亮度或打开窗帘,与传统投影机相比,DLP投影机将更多的光线打到屏幕上,这也有赖于DLP本身的技术特点。DMD的强反射表面通过消除光路上的障碍以及将更多的光线反射到屏幕上,而最大化地利用了投影机的光源。DLP技术依据图像的内容对图像进行反射,DLP的光源有两种工作方式,或者通过一个透镜打到屏幕上,或者直接进入一个吸光器。更为有利的是,基于DLP技术的投影机的亮度是随着分辨率的增加而增加的。在如XGA和SXGA等更高分辨率的情况下,DMD提供更多的反射面积,如此一来就可以更为有效地利用灯光的亮度。
⑶图象更加逼真自然
    DLP不仅仅是简单地投影图像,它还对它们进行了复制。在它的处理过程中,首先将源图像数字化为8到10位每色的灰度图像。然后,这些二进制图像输入进DMD,在那里它们与来自光源并经过仔细过滤的彩色光相结合。这些图像离开DMD后就成像到屏幕上,保持了源图像所有的光亮和微妙之处。DLP独一无二的色彩过滤过程控制了投影图像的色彩纯度,此技术的数字化控制支持无限次的色彩复制,并确保了原始图像栩栩如生地再现。随着其它显示技术及摄影技术的出现,DLP使得那些无生命的图像拥有了逼真的色彩。数字色彩的再现保证了图像与真实物质的还原性,而且没有发亮的斑点或其它投影机典型的冲失现象。
⑷可靠性高
    DMD不仅通过了所有的标准半导体资格测试,系统制造非常严格,需要经过一连串的测试,所有元件均经过挑选证实可靠才能用作制造数码电子部分驱动DMD,而且还证明了在模拟操作环境中,它的生命期超过10万个小时。测试证明,DMD可以进行超过1700万亿次循环无故障运行,这相当于投影机的实际使用时间超过1995年。其它测试结果显示,DMD在超过11万个电力周期和11000个温度周期下无故障,以确保在需求较大的应用领域中提供30年以上的可靠运行期。
⑸更便利的可移动性
    根据一般应用需求来看,一个单片DMD就可以实现大小、重量和亮度的统一,目前,大部分的家用或商用DLP投影机都采用了单片结构,而更高级的三片结构一般只应用在数字影院或高端领域,因此,用户可以得到一个更小、更亮、更易于携带而且足以提供出色图像质量的系统DLP技术是全数字底层结构,具有最少的信号噪音。
⒊DLP系统的分类
⑴单片DLP系统
    在一个单DMD投影系统中,需要用一个色轮来产生全彩色投影图像。色轮由红、绿、蓝滤波系统组成,它以60Hz的频率转动。在这种结构中,DLP工作在顺序颜色模式。输入信号被转化为RGB数据,数据按顺序写入DMD的SRAM,白光光源通过聚焦透镜聚集焦在色轮上,通过色轮的光线然后成像在DMD的表面。当色轮旋转时,红、绿、蓝光顺序地射在DMD上。色轮和视频图像是顺序进行的,所以当红光射到DMD上时,镜片按照红色信息应该显示的位置和强度倾斜到“开”,绿色和蓝色光及视频信号亦是如此工作。人体视觉系统集中红、绿、蓝信息并看到一个全彩色图像。通过投影透镜,在DMD表面形成的图像可以被投影到一个大屏幕上。
⑵双片DLP系统
    这种系统利用了金属卤化物灯红光缺乏的特点。色轮不用红、绿、蓝滤光片,取而代之使用两个辅助颜色,品红和黄色。色轮的品红片段允许红光和蓝光通过,同时黄色片段可通过红色和绿色。结果是红光在所有时间内都通过,蓝色和绿色在品红-黄色色轮交替旋转中每种光实质上占用一半时间。一旦通过色轮,光线直接射到双色分光棱镜系统上。连续的红光被分离出来而射到专门用来处理红光和红色视频信号的DMD上,顺序的蓝色与绿色光投射到另一个DMD上,专门处理交替颜色,这一DMD由绿色和蓝色视频信号驱动。
⑶三片DLP系统
    另外一种方法是将白光通过棱镜系统分成三原色。这种方法使用三个DMD,一个DMD对应于一种原色。应用三片DLP投影系统的主要原因是为了增加亮度。通过三片DMD,来自每一原色的光可直接连续地投射到它自己的DMD上。结果更多的光线到达屏幕,给出一个更亮的投影图像。这种高效的三片投影系统被用在超大屏幕和高亮度应用领域。
⒋DLP的潜在问题
    人们常常提到的DLP投影机弱点只有一个,即“彩虹效应”,具体表现是色彩被简单地分离出明显的红、绿和蓝三种单色,看起来像雨后彩虹一样。这是由于用一个旋转色轮来调制图像色彩而产生的,同时因为有些人的视觉系统特别灵敏,能察觉出一种彩色转换到另一种彩色的过程,而不是像大多数人那样靠视觉暂留现象把几种单色混合成新的色彩。除了某些用户能把色彩分离出来,还有些用户可能因为色彩的迅速变化,而产生眼睛胀痛和头痛的情况。而LCD投影机和三片式DLP投影机都不会有这种现象,它们在物理结构上就是把三个固定的红、绿、蓝图像叠加而成。
    但这一问题对不同的人,作用是不一样的。某些人能看出彩虹效应,甚至严重到画面几乎不能看。有些人只是偶尔会看到彩虹痕迹,远没到无法欣赏画面的程度。对于后者来说,DLP的这一缺点就没有实用上的影响。更幸运的是大多数人既看不出彩虹痕迹,也不会被眼胀、头痛所困惑。请想想如果人人都能在DLP投影机上看到彩虹效应,DLP投影机也就失去了存在的机会。
    但不管怎样彩虹效应总是一个问题。德州仪器公司和用DLP技术制造投影机的厂商还是在尽力解决这一问题。第一代DLP投影机色轮每秒旋转60次,相当于帧频60Hz,或每分钟3600转。在色轮中,红、绿、蓝像素各一段,所以,每种颜色每秒刷新也是60次。这种第一代产品称为“1X”转速。
    第一代产品还有少数人能看到彩虹效应,改进的第二代产品的色轮转速上升到2X,即120Hz和7200RPM,能看到彩虹效应的人就更少了。今天,很多专为家庭影院市场设计的DLP投影机用六段色轮、色轮转一圈出现两次红、绿、蓝,且色轮又以120Hz或7200RPM旋转,这样在商业上就称之为4X转速。不断提高色彩刷新速度,看得出彩虹效应的人数也就愈来愈少。但到目前,彩虹疚对少部份观众来说还是个问题。
 
初学者园地之图象显示设备(四)
㈣投影机的主要技术指标
    投影机的性能指标是区别投影机档次高低的标志。投影机的性能指标有很多,这里只谈谈几个主要指标。
⒈光输出(LightOut)
    是指投影机输出的光通量,单位为流[明](lm)。与光输出有关的一个物理量是亮度,是指屏幕表面受到光照射时发出的光通量与屏幕面积之比,亮度常用的单位是勒[克斯](lx,1lx=1lm/m2)。当投影机输出的光通量一定时,投射面积越大亮度越低,反之则亮度越高。决定投影机光输出的因素有投影及荧光屏面积、性能及镜头性能,通常荧光屏面积大,光输出大。带有液体耦合镜头的投影机镜头性能好,投影机光输出也可相应提高。
⒉水平扫描频率(行频)
    电子在屏幕上从左至右的运动叫做水平扫描,也叫行扫描。每秒钟扫描次数叫做水平扫描频率,视频投影机的水平扫描频率是固定的,为15.625kHz(PAL制)或15.725kHz(NTSC制)。数据和图形投影机的水平扫描频率不是一个频率点,而是一个频段;在这个频段内,投影机可自动跟踪输入信号行频,由锁相电路实现与输入信号行频的完全同步。水平扫描频率是区分投影机档次的重要指标。频率范围在15kHz~60kHz的投影机通常叫做数据投影机,上限频率超过60kHz的通常叫做图形投影机。
⒊垂直扫描频率(场频)
    电子束在水平扫描的同时,又从上向下运动,这一过程叫垂直扫描。每扫描一次形成一幅图像,每秒种扫描的次数叫做垂直扫描频率,垂直扫描频率也叫刷新频率,它表示这幅图像每秒钟刷新的次数。垂直扫描频率一般不低于50Hz,否则图像会有闪烁感。
⒋视频带宽
    投影机的视频通道总的频带宽度,其定义是在视频信号振幅下降至0.707倍时,对应的信号上限频率。0.707倍对应的增量是-3dB,因此又叫做-3dB带宽。
⒌分辨率
    在投影机指标中,分辨率是较易混淆的一个概念,投影机技术指标上常给出的分辨率有:可寻址分辨率、RGB分辨率、视频分辨率三种。
    对CRT投影机来说,可寻址分辨率是指投影管可分辨的最高像素,它主要由投影管的聚焦性能所决定,是投影管质量指标的一个重要参数。可寻址分辨率应高于RGB分辨率。
    RGB分辨率是指投影机在接RGB分离视频信号时可达到的最高像素,如分辨率为1024×768,表示水平分辨率为1024,垂直分辨率为768,RGB分辨率与水平扫描频率、垂直扫描频率及视频带宽均有关。
    视频分辨率是指投影机在显示复合视频时的最高分辨率。这里,有必要将视频带宽、水平扫描频率、垂直扫描频率与RGB分辨率的关系作一分析:首先看看水平扫描频率与垂直扫描频率、垂直分辨率的关系。
    水平扫描频率=A×垂直扫描频率×垂直分辨率
    式中A为常数,约为1.2,垂直扫描频率一般不应低于50Hz,为了保证良好的视觉效果,希望垂直扫描频率高一些好。为了提高图像质量,也要提高垂直分辨率。这些都要求相应地提高水平扫描频率。可见,水平扫描频率是投影机的一个重要技术指标。例如:当垂直扫描频率为70Hz,垂直分辨率为768时,行频为64.5kHz。
    其次再来看视频带宽与水平扫描频率,水平分辨率的关系。
    视频带宽=R×水平扫描频率×水平分辨率/2
    式中R约为1.4,其中水平分辨率应比垂直分辨率高,这是由于图像水平与垂直幅度之比是4:3,例如垂直分辨率为768时,水平分辨率一般是1024,此时信号带宽是46MHz。
    综合上述两个公式可以得出:
    视频带宽=C×水平分辨率×垂直分辨率×垂直扫描频率/2
    式中C=A×R。由该公式可以知道要提高图像分辨率,就要提高视频带宽。因而视频带宽也是投影机的一个重要指标。因此,在区分投影机质量优劣时,应注重看行频和带宽,在看RGB分辨率时,还应注意它的垂直扫描频率,在行频一定时,垂直扫描频率不同时,最高RGB分辨率也不同。例如一台投影机的最高行频是75kHz,当垂直扫描频率为60Hz时,允许最高RGB分辨率是1280×1024。而如果将垂直扫描频率提高至70Hz时,就达不到1280×1024。
⒍CRT管的聚焦性能
    我们知道,图形的最小单元是像素。像素越小,图形分辨率越高。在CRT管中,最小像素是由聚焦性能决定的,所谓可寻址分辨率,即是指最小像素的数目。
    CRT管的聚焦机制有静电聚焦、磁聚焦和电磁复合聚焦三种,其中以电磁复合聚焦较为先进,其优点是聚焦性能好,尤其是高亮度条件下不会散焦,且聚焦精度高,可以进行分区域聚焦,中心聚焦,边缘聚焦,四角聚焦,从而可做到画面上每一点都很清晰。
⒎会聚
    会聚是指RGB三种颜色在屏幕上的重合,对CRT投影机来说,会聚控制性显得格外重要,因为它有RGB三只CRT管,平行安装于支架上,要想做到图像完全会聚,必须对图像各种失真均能校正。机器位置的变化,会聚也要重新调整,因此对会聚的要求,一是全功能,二是方便快捷。会聚有静态会聚和动态会聚,其中动态会聚有倾斜,弓形,幅度,线性,梯形,枕形等功能,每一种功能均可在水平和垂直两个方向上进行调整。除此之外,还可进行非线性平衡,梯形平衡,枕形平衡的调整。有些投影机具有点会聚功能,它将全屏幕分为208个点,在208个点上逐点进行会聚调整,所以屏幕上每一点都做到精确会聚。
㈤大屏幕拼接系统
    一般用户在同时观看的信源较少时,适合选择单机使用。但在较为复杂的监控系统中,如大型邮电通信系统、道路交通管理、能源分配输送、过程控制、110报警系统等领域,需全景浏览,统一指挥,就必须选择大屏幕拼接系统。大屏幕拼接系统不再受单机分辨率和亮度的影响,例如一个2×2四个投影机的拼接系统,单机分辨率为800×600,亮度为500lm,则拼接后的系统分辨率为1600×1200,亮度为2000lm。拼接系统主要由三部分组成:大屏幕投影墙、投影机阵列、控制系统。其中控制系统是核心,目前世界上流行的拼接控制系统主要有三种类型:硬件拼接系统、软件拼接系统、软件与硬件相结合的拼接系统。
    硬件拼接系统是较早使用的一种拼接方法,可实现的功能有分割、分屏显示、开窗口:即在四屏组成的底图上,用任意一屏显示一个独立的画面。由于采用硬件拼接,图像处理完全是实时动态显示,安装操作简单;缺点是拼接规模小,只能四屏拼接,扩展很不方便,不适应多屏拼接的需要;所开窗口固定为一个屏幕大小,不可放大、缩小或移动。
    软件拼接系统是用软件来分割图像,如加拿大的M3i多屏拼接系统。采用软件方法拼接图像,可十分灵活的对图像进行特技控制,如在任意位置开窗口;任意放大、缩小;利用鼠标即可对所开窗口任意拖动,在控制台上控制屏幕墙,如同控制自己的显示器一样方便。主要缺点是它只能在Unix操作系统上运行,无法与Win95上开发的软件兼容;PC机产生的图形也无法与其接口;在构成一个几十台投影机组成的大系统时,其相应的硬件部分显得繁杂。
    软件与硬件相结合的拼接系统,可综合以上两种方法的优点,克服其缺点。如比利时Barco公司的X-WALL,法国Synelec的XPRISM系统。这种系统可以实时显示多个RGB模拟信号及XWindow的动态图形,是为多通道现场即时显示专门设计的。通过硬件和软件以及控制/传输接口,来实现不同窗口的动态显示。它透明度高,图像叠加透明显示,共有256级透明度,令动态图像和背景活灵活现。并联扩展性极好,系统采用并联框架结构,多可控制上千个投影机同时工作。
 
初学者园地之图象显示设备(五)
三、平板显示器件
    平板显示设备FPD(Flat Panel Display),指显示器件的深度小于显示屏幕对角线1/4长度的显示器件。
㈠液晶显示器(LCD)
    液晶显示器(Liquid Crystal Display)是本身不发光的被动型显示器件,具有低工作电压、微功耗、体积轻薄、适于LSI驱动,易于实现大屏幕显示。液晶显示器的全色性能优良,现已进入薄膜晶体管驱动液晶显示器TFT(Thin-Flim Transistor)的发展时代。没有高压磁场产生的辐射,没有扫描过程所产生的闪烁,占地面积小,正面可观看不失真图像达160度,可直接数字传输。
㈡等离子体显示器(PDP)
    PDP的全称是Plasma Display Panel,中文叫等离子显示器,与传统的CRT显象管结构相比,具有分辨率高,屏幕大,超薄,色彩丰富、鲜艳的特点。虽然目前PDP显示器的价格还非常的高,尚不普及,但是由于它自身所有的一些特点,使它将有可能在将来成为一种重要的显示输出设备,占据大屏幕显示市场。
⒈PDP的技术原理和自身特点
    PDP的基本原理是在两张玻璃板之间注入电压,产生气体及肉眼看不到的紫外线,使荧光粉发光,利用这个原理呈现画面。由于PDP各个发光单元的结构完全相同,因此不会出现显象管常见的图像几何畸变。PDP屏幕的亮度十分均匀,且不会受磁场的影响,具有更好的环境适应能力,另外,PDP屏幕不存在聚焦的问题,不会产生显象管的色彩漂移现象,表面平直使大屏幕边角处的失真和色纯度变化得到彻底改善。PDP显示有亮度高、色彩还原性好、灰度丰富、对迅速变化的画面响应速度快等优点。可以在明亮的环境之下欣赏大画面电视节目。另外,PDP显示屏的视角高达160度,观赏范围大大宽于显示器。不过PDP最吸引人的地方还是它的轻薄外形。和目前普通的CRT显示器相比,在相同的屏幕的尺寸下,PDP的厚度仅为CRT显示器的1/6。重量为其1/10,因此非常的节省空间,可安装在任何您需要安装的地方,甚至可以将它挂在墙上。LCD采用的是薄膜显示技术,无法将显示面积做得很大,20英寸左右目前已是极限了。而PDP采用的是厚膜技术,它的尺寸可以充分的做大,目前基本上到达40英寸~70英寸。
⒉PDP和目前几种主要的大屏幕输出设备相比较
    ⑴与大屏幕CRT显示器相比明显体现了PDP的轻薄。由于整个产品前后基本上都是平面,因此在设计上厂商是建议用户把它挂在墙上的,这样几乎不需占用什么空间。除了轻薄之外,PDP显示器还具有无闪烁,低辐射的特点。传统的CRT显示器,由于是电子枪反复扫描,因此造成了画面的轻微颤抖,长时间使用眼睛会感到疲劳,并对眼睛造成不良结果。但是在PDP中,因大幅度的增加了显示各个色彩的荧光体单位(红、绿、蓝)的自体发光及荧光体发光次数,完全消除了画面颤抖现象。即使长时间使用,对眼睛也不会造成伤害。同时由于是两层玻璃板之间的紫外线、电流和荧光粉在发生作用,因此产生的辐射量非常的小。
    ⑵与多屏显示墙相比整体视觉效果更好。多屏显示墙是指通过多屏显示卡的分屏技术,将一个整体画面分割,然后通过多台较小的显示器分别显示其中的一部分,然后将这些显示器按照图像的分割布局来摆放,最后重新组合成一个整体的图像。由于是通过多台显示器分块显示的,因此多屏显示墙的视觉效果比较的差,整个图像有被分割的感觉,有些边缘地区还有被遮蔽的现象。而PDP由于自身就是一个整体,那么就当然不可能出现这样的情况了。
    ⑶与投影机相比显示效果更好。投影机的图像需要通过投影片来展现,而投影机由于多为软性材料,因此通过都有一些凹凸不平的情况,图像在上面便会出现一些失真,而PDP则是完全的平面,完全不会出现这样的情况。投影机图像的可视角度相对较小一些,只有正面的用户可以看到比较好的效果,而偏离了一定的角度,效果便会大打折扣,而PDP的可视角度一般可以达到140~160度。同时在操作上投影机也相对繁琐一些,使用时需要做许多调焦的设置工作,而PDP的操作则简单得多。
㈢其它种类的平板显示器件
    除了上述的液晶显示器和等离子显示器外还有多种平板显示器,如电致发光显示(ELD)、有机电致发光显示(OELD)、场发射显示(FED)、真空荧光显示(VFD)、发光二极管显示(LED)等。其中发光二极管(LED,Light Emmiting Diode)在文字、图形显示中更为常见。
四、图像的输入
    图像输入显示设备的方式有射频、视频、RGB、Y/C、计算机VGA等。
    射频是图像信号调制到载波信号上的高频信号,输入显示设备后需要专门的解调电路才能还原原始的视频图像信号,一般专业的显示设备上没有高频(射频)输入端子,而收监两用机和家用的电视接收机才配置射频输入端子。
    视频输入的信号是基带传输方式的复合视频信号。
    Y/C输入是指亮色分离输入。普通的彩色视频信号包括亮度信号和色度信号,是这两种信号的复合信号。在视频输入方式下,亮度信号存在于4.43MHZ上,而色度信号是存在于3.1~5.7MHZ的频率上。所以在复合视频输入方式下,监视器/电视在提取这两种信号时,每种信号中都会出现另一种信号分量。为避免由于此类串扰引起的图像干扰等质量问题,经常要将串扰部分去掉。这样势必会造成色度信号中的部分频率丢失(即图像信息丢失),得到的图像就不会达到原有的清晰度。Y/C输入方式就是传输亮度和色度分离的信号,这样前端摄取或视频设备播放的视频信号中色度、亮度信号将不会有任何丢失,因此经Y/C分离传输或显示的图像,其清晰度比复合视频信号输入方式有大大的提高。Y/C输入在某些电视接收机中还被称为超级视频端子(Super Video,S端子)。
    RGB输入的是通过CCD或其它设备转换的RGB三个分量电信号,可直接驱动进行显示。RGB信号输入对图像的损失更少,显示的质量更高。

 

 

 

第二节、应用电视简介
    应用电视系统是弱电系统工程的一个重要的子系统。应用电视是指除广播电视系统以外,在其它领域中应用的一切电视系统,由于首先用于工业所以习惯上也称工业电视随着科学技术的发展应用电视以其传输质量高、系统功能强、应用范围广、施工方便、操作简单、使用安全和不占空间频率等优点,被广泛应用于工业、农业、科研、教育、军事等行业。目前应用电视以其独特的功能和优点在扩展人们的视野,提高工作效率、减轻劳动强度,实现安全生产、经营等方面已经显示出广阔的发展前景和巨大的使用价值。
    应用电视和有线电视都采用同轴电缆或光缆作为电视信号的传输介质,其特点是不向空间发射频率,故称闭路电视。闭路电视在信号传输过程中普遍采用两种传输方式,一种是射频信号传输,又称高频传输;另一种是视频信号传输,又称低频传输。有线电视系统采用射频传输方式,而工业电视、交通管理电视、电视台节目制作系统等都采用视频信号传输方式。我们把采用视频信号传输方式的闭路电视系统称作应用电视系统。
    电视信号的闭路传输方式有视频传输方式和射频传输方式。其中视频传输方式又称基带传输,指不经频率变换等任何处理,直接传送摄像机、录像机等设备输出的视频信号和音频信号。视频传输方式具有如下特点。
·设备简单,成本低,可直接传输高清晰度电视。
·工作稳定,图像质量好。
·传输距离近,系统容量小。
    视频信号频带很宽,并且起始频率很低,音频信号频率则更低。音频信号范围是20HZ~20KHZ,视频信号在30HZ~4.5MHZ之间。所以信号在电缆传输中其振幅在高频端和低频端的衰减差很大,特别是相位失真太大就难以用简单的电路进行补偿。由此传输干线距离受到很大限制,也决定系统用户和传输路数不能太多。
·占有电缆多,节目换接麻烦。
·抗干扰能力差。
    同轴电缆的屏蔽层对于频率越低的信号屏蔽性能越差,因此易受到载波电话、有线广播、音频通信等信号干扰。若线缆采用架空明线时还会因天线效应受到频率为500KHZ~1600KHZ的中波广播电台信号的干扰。
射频信号传输是把射频和音频信号对高频载波信号进行调制,使之成为我国标准电视广播信号(射频信号),然后送往干线电缆进行传输,与视频传输相比具有如下特点。
·设备复杂,匹配要求严格。
    该传输方式要增加频率变换设备。由于载波频率高,容易产生失配反射(驻波),造成用户收看时图像重影,因此要求设备与设备之间、设备与电缆之间的连接要阻抗匹配,以保证图像传输质量。
·容易与当地电视台节目争用频道。
    射频传输方式主要是有线电视系统采用,有线电视系统就是将多个调制在不同频道的射频信号混合在一起,通过一根同轴电缆或光缆传输到不同用户进行收看。该系统易与广播电视节目争用频道,但可通过占用当地空用频道得到解决,具体方法可由调制器确定频道。
·传输距离长,系统容量大。
    由于可使用同一电缆传输多路节目,在干线传输部分安装放大器后可延长传输距离到几公里。因此节省大量线缆并携带更多的用户。
·增加节目方便,变换内容简单。
    当节目增加时无需改动线路和增加设备,只需在前端混合部分增加一路输入接口即可实现。接收时只需按动电视机频道转换器即可接收增加后的节目。
·容易与外界网络并网。
    综上所述,射频传输和视频传输是闭路电视系统的两种信号传输方式,按传输方式的不同,可分为有线电视和应用电视两大类型。在许多场合下两者又可以结合在一起,组成一个多功能的综合的闭路电视系统
 
 
 
 
 
初学者园地之弱电系统与应用电视(二)
第三节、应用电视的种类与发展方向
一、应用电视的分类
    应用电视系统一般按使用部门、使用环境进行分类。
㈠通用工业电视
    主要用于工业生产、试验、研究等现场的监视。安装后可提高工作效率、保证安全生产、改善工作环境。
㈡教学电视
    电化教学已经逐渐地被认识和接受,并逐步得到普及。电化教学以直观、形象、生动、感染力强等特点使学生理解深、记忆牢,有助于加快教学进度和提高教学质量。同时降低教师的劳动强度,节省师资和教学设备。
㈢医用电视
    应用电视系统在医疗领域具有广泛的发展前景。它不仅能进行一般的医疗监护,还可以配合其它电子医疗设备进行病理检查和治疗工作。另外,显微电视还能进行高难度的手术治疗。
㈣交通管理电视
    在交通运输部门安装应用电视可以实现对城市交通要道、车站、港口、机场、隧道等现场的远距离监视,掌握交通要道的车 辆情况,起到疏导旅客、保障运输畅通、防止事故发生的作用。
㈤通信电视
    通信电视又称信息传递电视。在当今的信息时代,信号传输包括着巨大的信息流,应用电视可以传递图像信息和数据资料。
㈥检测电视
    应用电视不仅可以传输供眼睛观看的图像信号,而且还具有非接触性质的电视测量,并且测量速度高、输出信号易于处理。这种电视系统配以电子计算机可以对移动目标的检测信号通过处理后转变成数字信号,输入计算机再进行处理。因此在宇宙观测和航天工程上得到广泛的应用。
㈦军事电视
    这种电视可应用于观察火箭发射、原子反应堆运行情况,也可用于战场侦察、目标瞄准、电视制导、空间遥感遥测、空间摄像等方面。在国际方面,应用电视以成为现代化的侦察工具之一,尤其是红外夜视电视。
㈧矿井下电视
    这种电视主要用于光照度很低的井下采矿业和地质勘探的井下现场,配以自动控制系统还可实现自动化生产。
㈨农业电视
    主要用于森林防火、大型养殖场和大型水库水位及河水水位的监视。
㈩水下电视
    将特制的水下摄像机沉入海底,可看到美丽的海洋世界,研究海底的地质结构,探索沉船,检查桥坝、桥墩等水下建筑物。同时水下摄像机也越来越多地使用在水上项目的体育比赛中。
二、闭路电视的发展方向
    随着科学技术的发展,闭路电视系统也不断地进步,同时以其巨大的优势而不断得到认可和普及。
    闭路电视的发展方向可归纳为如下几点:
·大型化,多路化。
·系统功能更强。
·能进行双向传输。
·采用光纤作为传输介质。
    采用光导纤维作传输介质可为扩大用户量、增加功能、提高传输质量、延长传输距离、实现大容量双向传输提供了有利条件,是目前闭路电视的发展前途。
·数字化、网络化。
·集成化。
    在当今的电视系统应用中,传统意义上功能单一电视系统已经远远不能满足实际需要,因此各种弱电系统与电视系统的有机结合将形成一个综合性的弱电集成系统,如火灾自动报警系统、扩音音响系统、防盗报警系统、出入口控制系统、电子巡更系统、楼宇自控系统等。

第四节、安全防范应用电视系统的组成
    应用电视系统一般由前端信号摄取部分、信号传输部分、中心控制部分、信号处理显示部分等四部分组成。小到单路系统,大到上百路、上千路系统,无论功能多少,都可以清楚地区分各部分的不同设备。
一、前端信号摄取部分:
   这部分设备包括摄像机、镜头、云台、解码器、灯光、报警探头、防抢开关、******、支架、防护罩等等。可以根据不同的需要选择不同的设备,如银行柜员制系统只需选择摄像机、镜头及防护装置即可。
    该部分的器材选择原则是能够全方位清楚、真实地监视并反映现场情况。
二、信号传输部分:
    信号的传输需要不同的电缆,一般需有视频同轴电缆、带屏蔽层的多芯控制电缆、电源线等,其选择尤其是视频同轴电缆应选择优质电缆以避免由于电缆质量问题使视频信号的传输质量降低。必要时还可选择使用视频放大器、视频线缆补偿器等器材。
三、中心控制部分:
    中心控制部分是闭路电视系统的心脏,有了这一部分才能实现相应的控制功能,而系统功能强弱、档次高低在很大程度上取决于中心控制部分器材的选择。
一般情况下,该部分包括视频切换器、音频切换器、报警处理器、时间日期发生器、画面分割器、云台镜头动作控制器、视频分配器、其它自动控制设备等。
    中心控制设备的种类、品牌很多,选��原则是根据实际需要功能,选择性价比高、能真实还原前端摄取信号的产品。
四、图像处理及显示部分:
    该部分包括器材有录像机、电视机或专业监视器等。有时也将该部分与中心控制部分合并。
    录像机、监视器的选用原则是与前端设备相配合,做到档次一致。如前端选择460线以上的清晰度较高的摄像机,则监视器应选与摄像机清晰度相差不大的电视或监视器,否则不能体现摄像机的高质量。同样若摄像机的清晰度不高,选择高清晰度的专业监视器也无法使观看到的图像达到高于摄像机指标的高画质。
 
初学者园地之解码器
第四节、解码器
    解码器,国外称其为接收器/驱动器(Receiver/Driver)或遥控设备(Telemetry),是为带有云台、变焦镜头等可控设备提供驱动电源并与控制设备如矩阵进行通讯的前端设备。通常,解码器可以控制云台的上、下、左、右旋转,变焦镜头的变焦、聚焦、光圈以及对防护罩雨刷器、摄像机电源、灯光等设备的控制,还可以提供若干个辅助功能开关,以满足不同能够用户的实际需要。高档次的解码器还带有预置位和巡游功能。
    解码器按照云台供电电压分为交流解码器和直流解码器。交流解码器为交流云台提供交流230V或24V电压驱动云台转动;直流云台为直流云台提供直流12V或24V电源,如果云台是变速控制的还要要求直流解码器为云台提供0-33或36V直流电压信号,来控制直流云台的变速转动。
    按照通讯方式分为单向通讯解码器和双向通讯解码器。单向通讯解码器只接收来自控制器的通讯信号并将其翻译为对应动作的电压/电流信号驱动前端设备;双向通讯的解码器除了具有单向通讯解码器的性能外还向控制器发送通讯信号,因此可以实时将解码器的工作状态传送给控制器进行分析,另外可以将报警探测器等前端设备信号直接输入到解码器中由双向通讯来传诵现场的报警探测信号,减少线缆的使用。
    按照通讯信号的传输方式可分为同轴传输和双绞线传输。一般的解码器都支持双绞线传输的通讯信号,而有些解码器还支持或者同时支持同轴电缆传输方式,也就是将通讯信号经过调制与视频信号以不同的频率共同传输在同一条视频电缆上。
    解码器的电路是以单片机为核心,由电源电路、通讯接口电路、自检及地址输入电路、输出驱动电路、报警输入接口等电路组成。
    解码器一般不能单独使用,需要与系统主机配合使用。
 
 
 

初学者园地之防护罩
第六节、防护罩
    为了保证摄像机、镜头工作的可靠性,延长其使用寿命,必须给摄像机装配具有多种特殊性保护措施的外罩,称为防护罩。除此之外,防护罩还可以尽量防止对摄像机和镜头的人为破坏。与云台设备相似,防护罩一般分为通用型和特殊用途型,又可分为室内型和室外型。
一、通用型防护罩
    室内防护罩必须能够保护摄像机和镜头,使其免受灰尘、杂质和腐蚀性气体的污染,同时要能够配合安装地点达到防破坏的目的。室内护罩一般使用涂漆或经阳极氧化处理的铝材、涂漆钢材、黄铜或塑料制成,如果使用塑料,应当使用耐火型或阻燃型。防护罩必须有足够的强度,安装界面必须牢固,视窗应该是清晰透明的安全玻璃或塑料(聚碳酸酯)。电气连接口的设计位置应该便于安装和维护。
    摄像机工作温度为-5℃~45℃,而最合适的温度是 0℃~30℃,否则会影响图像质量,甚至损坏摄像机。因此室外型防护罩要适应各种气候条件,如风、雨、雪、霜、低温、曝晒、沙尘等。室外型防护罩会因使用地点的不同配置如遮阳罩、内装/外装风扇、加热器/除霜器、雨刷器、清洗器等辅助设备。
    首先,室外防护罩密封性要高,以避免雨水进入。同时进线口要开在防护罩的下方,避免雨水顺线缆倒流入防护罩。在防护罩前方还应安装雨刷,以便及时清理所积雨水和污垢,使摄像机能通过玻璃,摄取清晰的图像。罩前或玻璃上除霜器,在视窗积霜、积雪时将其融化。
    其次,防护罩内应装有加热器,在温度较低的环境中进行加热,提升防护罩内部温度,确保摄像机/镜头正常工作;内装或外装风扇可以使罩内空气流通,降低防护罩内的温度;在多风沙少雨水的地点还要考虑配置清洗器,以便和雨刷器配合随时对视窗玻璃进行清洁,保证图像监视效果。
    室外型防护罩的辅助设备控制功能有自动控制和手动控制两种,像加热器/除霜器、风扇都是由防护罩内部的温度传感器自动启动或关闭的,而像雨刷器、清洗器等动作是由控制人员通过对控制设备的操作来实现的。
    室外护罩一般使用铝材、带涂层的钢材、不锈钢或可以使用在室外环境的塑料制造。制造材料必须能够耐受紫外线的照射,否则回很快出现裂纹、褪色、强度降低等老化现象。在需要护罩耐用、具有高安全度、可抵抗人为破坏的环境中应该使用不锈钢护罩;经过适当处理的铝护罩也是一种性能优良的护罩,处理方法有三种:聚氨酯烤漆、阳极氧化、阳极氧化加涂漆。在有腐蚀性气体的环境中不应该选择铝制或钢制互助;在盐雾环境中应使用不锈钢或特殊塑料制成的护罩。
    另外为增加防护罩的安全性能,防止人为破坏,很多防护罩上还装有防拆开关,一旦防护罩被打开将发出报警信号。
监控系统中的防护罩种类繁多,一般可按照其形状分为矩形护罩、墙壁或天花板用护罩、球型护罩、角装护罩、坡形护罩等。
㈠矩形护罩
    矩形护罩是监控系统最为常见的防护罩,成本低、结实耐用、尺寸多样、样式美观。室内型矩形护罩不需要进行特殊的防锈处理,一般使用涂漆或阳极氧化处理的铝材、钢材或高抗冲塑料,如聚氯乙烯(PVC)、工程塑料(ABS)或聚碳酸酯(如Lexan)等材料。
矩形防护罩的开启结构有顶盖拆卸式、前后盖拆开式、滑道抽出式、顶盖撑杆式、铰链悬吊式、顶盖滑动式等,各种结构方式都是以安装、检修、维护方便为目的。
㈡球型护罩
    球型护罩有半球型和全球型两种,一般室外应用大多采用全球型球罩,室内应用中则会根据现场环境选择半球或全球型护罩。全球型防护罩一般使用支架悬吊式或吸顶式安装,半球型防护罩最常见的是吸顶式和天花板嵌入式安装。
    能够为罩内镜头提供场景光线的塑料球罩有三种:透明、镀膜(镀有半透明的铝或铬)和茶色。在球罩只作为保护摄像机、镜头而不需要隐蔽摄像机的指向时,常采用透明球罩。透明球罩的光线损失最小(10%到15%)。如果希望隐藏摄像机的指向,以获得附加的安全效果,就需要选用镀膜或茶色球罩。光线通过镀膜球罩后回衰减约两个f-stop(约相当于衰减75%),茶色球罩相对来说效果较好,光线衰减只有约1个f-stop,约50%。
    与矩形护罩视窗使用的平面塑料或玻璃的出色光学质量和透光性能不同,所有球罩都会给图像带来一定程度的光学失真,高质量的球型护罩的光学失真很小。摄像机的轴线必须与球罩相交点的外切平面垂直,这样失真至少是均匀的,最主要的影响是镜头的焦距产生微小的变化,这种变化一般是不易察觉或者不另人生厌,否则图像会出现水平或垂直方向的拉伸,尤其在球罩内装有云台是摄像机经常转动时,图像的失真就很容易被发现。因此,光学失真是检验球罩的重要指标。
    室外型的球罩也和矩形护罩相似,除了密封防护等级要满足室外环境使用外,内部装有风扇、加热器等装置以补偿室外环境温度的变化。由于球罩不能像矩形护罩那样安装雨刷器,因此一般都配有如防雨檐或其它类似的装置,以防止过多雨水经下球罩滴落,形成水渍,同时还具有一定的遮阳效果。
㈢角装护罩
    角装护罩是专为室内墙角(两面墙和天花板的结合处)设计的护罩。一般安装在面积较小的房间或厅内、电梯轿厢、楼梯井或监狱的囚室内。
    摄像机倾斜安装在角装护罩内,指向天花板下面的监视区域,护罩的观察窗口与镜头轴线相垂直。还有一种角装护罩比较特殊,摄像机在防护罩内指向天花板的上方,摄像机上方装有前表民反射镜,可以将天花板下的场景反射给摄像机,反射镜的位置可以上下左右调整,以改变摄像机的视场范围。由于反射镜的场景图像是倒像,因此摄像机必须颠倒安装。
㈣嵌入式护罩
    嵌入式护罩通常在天花板和墙上,部分外露,部分内藏。这种防护罩适合需要较为隐蔽安装的场合。
二、特殊用途护罩
    有时,摄像机必须安装在高度恶劣的环境下,不仅要像通用室外防护罩一样具有高度密封、耐高寒、耐酷热、抗风沙、防雨雪等特点,还要防砸、抗冲击、防腐蚀,甚至需要在易爆环境下使用,因此必须使用具有高安全度的特殊护罩。
㈠高安全度护罩
    这种防护罩一般也称作铠装防护罩,这种防护罩适合安装在监狱或其它容易政治遭到破坏的场所,是由0.134英寸厚的10号焊接钢制成,窗口材料为1/2英寸厚、经过抗磨损处理的聚碳酸酯。护罩可经受铁锤、石块或某些枪弹的冲击而不会遭到洞穿或开裂。机壳以大号机械锁封闭,不宜被拆开。
㈡电梯用特殊防护罩
    这是专为电梯使用,经过硬化处理设计的护罩。该护罩用不锈焊接钢制成具有防撬功能、引入线在护罩背面,一般人无法触及;视窗是耐磨损的聚碳酸酯。摄像机最佳指向是与两面互相垂直的厢壁各成45°角,同时与天花板平面成向下45°角,在水平视场角超过90°(广角)时可以观察整个轿厢,不会有任何死角。
㈢高防尘护罩
    高防尘护罩与通用护罩类似,不同的是这种护罩与外界完全隔绝,可以在多沙和多灰尘的环境使用,如果使用不锈钢材料还可以用于腐蚀性的环境中。视窗材料是回火玻璃,可提供最大的安全性、耐腐蚀和耐磨损性。为避免罩内温度过高,常配有遮阳罩和风扇,也可以通过经过过滤的外部压缩空气源来维持找内温度。
㈣防爆护罩
    防爆防护罩与防爆云台的远离相同,也必须符合防爆和防粉尘爆炸电器设备的安全规定。所用材料与云台相同,通常为厚壁全铝结构或不锈钢结构。防爆防护罩的直径一般为6”、8”、10”等,引入线借口都配有防爆密封件。如果防爆防护罩内空间在容纳摄像机、镜头组件之外还能内装解码器将避免解码器重新制作防爆外壳的烦恼。
㈤高压护罩
    高压护罩可在有害大气中使用。通过在机壳内填充加压惰性气体,可以达到国家防火协会的要求。这种护罩采用经过耐腐蚀处理的厚壁铝材制造,视窗为1/2英寸厚的回火抛光玻璃。护罩中填充压力为15磅/平方米的低压氮气。氮气是完全惰性的,可以避免护罩内的电火花或电气故障引起的爆炸。护罩本体与外盖之间垫有密封用的O型密封圈。所有的电气连线都要经过气密型密封圈引出。
㈥高温护罩
    高温护罩是指摄像机应用在大于40℃,靠自然对流和辐射换热不能达到正常工作温度的环境时,保护摄像机、镜头正常工作的护罩。对于高温环境,防护罩应采取特殊的冷却降温手段。常见的冷却系统有风冷系统、水冷系统、半导体冷却系统,还有涡旋致冷、氟利昂、氨致冷等方式。
    风冷系统仍然使用的是空气流动冷却原理,采用强迫通风的方式将冷却剂(净化空气)送入防护罩或防护罩隔层中,将防护罩内热量带出,达到冷却目的。强迫通风冷却系统有直接冷却和间接冷却两种。
    在环境温度大于80℃(如加热炉、炼钢炉等)靠强迫风冷已无法控制温升时,可采用强迫水冷系统。水的导热系数和比热均比空气要大,因此与风冷相比,大大减少了有关换热环节的热阻,提高了换热效率。护罩含有内建的水夹套,可以有效地将摄像机和镜头与外界环境隔离。根据用途的不同,材料可以是铝材或者不锈钢。护罩内部装有风扇,使罩内空气往复循环,以提高热传递效率。强迫水冷系统有两种基本型式,一种是水冷防尘型,其结构较为简单,不带报警装置和空气滤清系统,镜头可使用定焦或变焦镜头,用于80℃的环境。另外一种是炉内高温型,可用于温度高达1600℃的环境,其结构较为复杂,整个系统有报警、空气滤清系统、维修快门和高温自动退出系统。
    高温自动退出系统在探测到摄像机冷却功能发生故障时,电动气动控制的退出装置会自动地把摄像机从燃烧室中退出,避免摄像机、镜头损坏。一般出现下列情况时退出系统启动:⑴探头顶部的冷却水温度超过预定值(≤40℃);⑵压缩空气故障或压力降到预定值(≤0.4Mpa);⑶探头处净化空气孔道故障或压力降到预定值(≤0.02MPa);⑷水流量小于预定值(≤6.8升/分);⑸空气或水监测线路中断;⑹主电源电压故障;⑺控制装置或控制中心室发出退出命令。
    半导体冷却系统又称为温差电致冷,是建立在几个不同的半导体效应基础上的冷却方法。当两种不同的导体组成一电偶,通以直流电流时,电偶的相应接头处会发生吸热和放热现象,这种效应在金属中很若,而在半导体中则比较显著。半导体致冷无机械转动部分,具有无噪音、无震动、寿命长、结构简单、安装容易、可靠性高等特点,不需要冷却剂,致冷程度可根据电流进行调节,其缺点是消耗规律较大,必须使用直流电,工作电流大。
 
 
初学者园地之红外灯
第七节、红外灯与其它辅助照明设备
    为了使摄取的图像层次清楚、对比度合适,必须保证摄像机的最佳照度,在环境照度不能满足要求时,需要配置辅助照明设备以达到摄像要求。
    视频信号的标称值为1Vp-p,标准值为0.7Vp-p,最低照度时的视频信号值为1/3到1/2的标准植。所以摄像机在最低照度时的图像,决不会“如同白昼一样”。另外,摄像机在最低照度时产生的图像清晰度,是用电视信号测试卡进行测式的,其黑白相间的条纹,要求黑色反射率近于0%,白色反射率大于89.9%。而我们在现场观察时有时不具备这样的条件,比如:树叶和草地的反射率很低,反差很小,就不易获得清晰图像。因此实际使用当中不能以摄像机标称的最低照度作为衡量现场环境照度的标准。
一、普通照明设备
    电视监控系统使用的光源种类取决于观察时的具体时间,尤其是是外应用场合。在白天,工作条件会随着天气情况的变化(晴天、阴天、雨天等)而变化,因为天气的变化会引起室外光线光谱组成的变化。辅助照明设备很多,可以使用民用照明设备即可,在夜间,最常用的有钨丝灯、卤钨灯、钠灯、水银灯和高强度放电金属弧光灯等。
    每种自然光源和人造光源都有其独特的色谱组成,这可能对某种摄像机有利,也可能对其不利。大部分黑白系统的图像质量只取决于照明光线的总能量,或摄像机所接收到的能量,而无法辨别光纤中的不同颜色。如果光源的光谱曲线正好落在传感器的敏感区域内,照明光线就可以得到最高效率的运用。
    彩色CCTV系统的情况就复杂多了。对于可以感知可见光谱中所有这些颜色的光。而为了取得较好的彩色平衡,光源的光谱曲线必须与传感器的灵敏度相匹配。大多数彩色摄像机都具有自动白平衡控制功能,它可以通过电子电路自动进行调整,以实现合适的彩色平衡效果。光源中必须包括所有可见光中的彩色,这样才能在监视器上重视这些颜色。太阳、钨丝灯、卤钨灯、氙灯等宽带光源可以产生相当好的彩色图像,因为它们的光谱中含有所有颜色的频率。汞弧光灯和钠蒸气灯等窄频光源的光谱不连续,因此颜色再现效果较差。水银灯发出的红光很小,因此在汞弧灯下,红色物体就会变成黑色的。同样道理,高压钠灯发出大量的黄色光、橙色光和红色光,蓝色或蓝绿色的物体在这种灯光下也会变成黑色、灰色和褐色。低压钠灯只产生黄色灯,因此不能用于彩色CCTV系统。
    使用人工照明时,还要考虑照明光束的角度和镜头的视场角。宽束泛光灯能以相当均匀的照度为大面积区域提供照明,从而产生亮度均匀的图像。窄束光源或聚光灯只能照到小面积区域,照不到的区域会非常暗。照度不均匀的场景所形成的图像也会具有不均匀的亮度。为了提高光线的利用率,摄像机镜头的视场角最好与光源的光束角相匹配。如果灯光只能照亮场景的一部分、摄像机的视场角应该调整到观察区域所需要的角度。使用自然照明时,不存在光束角问题,自然光源通常能够均匀地为整个场景提供照明。
    所有具有一定温度的物体都可以发光。改变发光体的温度可以改变光线的强度和颜色。例如,铁块在逐渐加热时,首先会变成暗黑色,接着变成血橙色;在钢铁厂里,铁水呈现黄白色,因为它的温度比血橙色的低温铁块高。白炽灯里的钨丝在加热时发出的光几乎全是白光。物体加热到能够发光的状态成为“白炽”,这也是“白炽灯”的由来。彩色电视系统中常用到的“色温”就是指物体被加热到不同颜色时的温度。
    有的发光物体被加热时会同时在不同频率上发出同等强度的光。科学家称该物体为黑体辐射体。黑体辐射体根据一定的物理定律发射紫外光、可见光和红外光。
    钨丝灯和太阳的发光特征与黑体类似,它们能够发出含有连续光谱的光,也就是说,它们所发出的光包括所有波长的单色光。其它像水银灯、荧光灯、钠灯和金属弧灯等光源发出光在光谱上就不是连续的它们的发光频带较窄,水银灯只发出蓝绿色光,钠灯则只发出橙黄色。
二、红外灯的原理
    采用常规的可见光照明,不仅不能隐蔽,反而更加暴露监控目标(在居民小区还有扰民问题)。隐蔽的夜视监控,目前都是采用红外摄像技术。红外摄像技术分为被动红外摄像技术和主动红外摄像技术。被动红外摄像技术是利用任何物质在绝对零度以上都有红外光发射,人体和热机发出的红外光较强,其它物体发出的红外光很微弱,利用特殊的红外摄像机可以实现夜间监控。但是,这种特殊的红外摄像机造价昂贵,而且不能反映周围环境状况,因此在夜视系统中不被采用。在夜视系统中经常采用主动红外摄像技术,即采用红外辐射“照明”,产生人眼看不见而普通摄像机能捕捉到的红外光,辐射“照明”景物和环境,应用普通低照度黑白摄像机、白天彩色夜间自动变黑白摄像机或红外敏感型低照度彩色摄像机,感受周围环境反射回来的红外光实现夜视。
    光是一种电磁波,它的波长区间从几个纳米(10-9m)到1毫米(mm)左右。人眼可见的只是其中一部分,我们称其为可见光,可见光的波长范围为380nm - 780nm,可见光波长由长到短分为红、橙、黄、绿、青、兰、紫光,波长比紫光短的称为紫外光,波长比红外光长的称为红外光。
    普通CCD黑白摄像机不仅能感受可见光,而且可以感受红外光。这就是利用普通CCD黑白摄像机,配合红外灯可以比较经济地实现夜视的基本原理。而普通彩色摄像机不能感受红外光,因此不能用于夜视。
三、红外灯的种类
    红外灯按其红外光辐射机理分为半导体固体发光(红外发射二极管)红外灯和热辐射红外灯两种。其原理及特性我们介绍如下:
㈠红外发射二极管(LED)红外灯
    由红外发光二极管矩阵组成发光体。红外发射二极管由红外辐射效率高的材料(常用砷化镓GaAs)制成PN结,外加正向偏压向PN结注入电流激发红外光。光谱功率分布为中心波长830 -- 950nm,半峰带宽约40nm左右,它是窄带分布,为普通CCD黑白摄像机可感受的范围。其最大的优点是可以完全无红暴,(采用940~950nm波长红外管)或仅有微弱红暴(红暴为有可见红光)和寿命长。
    红外发光二极管的发射功率用辐照度μW/m2表示。一般来说,其红外辐射功率与正向工作电流成正比,但在接近正向电流的最大额定值时,器件的温度因电流的热耗而上升,使光发射功率下降。红外二极管电流过小,将影响其辐射功率的发挥,但工作电流过大将影响其寿命,甚至使红外二极管烧毁。
    红外发光二极管的伏安特性与普通硅二极管极为相似。当电压越过正向阈值电压(约0.8V左右)电流开始流动,而且是一很陡直的曲线,表明其工作电流对工作电压十分敏感。因此要求工作电压准确、稳定,否则影响辐射功率的发挥及其可靠性。
    红外发光二极管辐射功率随环境温度的升高(包括其本身的发热所产生的环境温度升高)会使其辐射功率下降。红外灯特别是远距离红外灯,热耗是设计和选择时应注意的问题。
    红外发光二极管最大辐射强度一般在光轴的正前方,并随辐射方向与光轴夹角的增加而减小。辐射强度为最大值的50%的角度称为半强度辐射角。不同封装工艺型号的红外发光二极管的辐射角度有所不同。
㈡热辐射红外灯
    热辐射现象是极为普通的,物体在温度较低时产生的热辐射全部是红外光,所以人眼不能直接观察到。当加热500度左右时,才会产生暗红色的可见光,随着温度的上升,光变得更亮更白。在热辐射光源中通过加热灯丝来维持它的温度,供辐射继续不断的进行。维持一定的温度而从外部提供的能量与因辐射而减少的能量达到平衡。
    辐射体在不同加热温度时,辐射的峰值波长是不同的,其光谱能量分布也是不同的,
经特殊设计和工艺制成的红外灯泡,其红外光成分最高可达92 - 95%。其光谱范围是很宽的,普通黑白摄像机感受的光谱频率范围也是很宽的,且红外灯泡一般可制成比较大的功率和大的辐照角度,因此可用于远距离红外灯,这是它最大的优点。其最大不足之处是包含可见光成份,即有红暴,且使用寿命短,如果每天工作10小时,5000小时只能使用一年多,考虑散热不够,寿命还要短。
    在克服热辐射红外灯缺点方面,首先是研制和应用了高通红外滤波钢化玻璃。波长愈长,红暴愈小,甚至可达到全无红暴,但是,红外光的效率愈低,红外灯发热就愈高。红外玻璃的波长可根据用户对红暴要求高低加以选择,一般而言,相同有效辐照距离时,对红暴要求愈高,造价愈高。红外玻璃经过钢化,可以耐受急冷急热的变化,在内部红外灯泡由于可见光滤除的部分,转化产生热量,温度会很高,外部冷风及雨雪的突袭下,急冷而不致损坏。为提高热辐射红外灯的寿命,采用了光控开关电路,以减小其工作时间;采用了变压稳压整流电路,使其发光功率得以充分发挥而且提高了红外灯的寿命;而更重要的是考虑灯丝冷阻是非常小的,如 100W红外灯泡,灯丝热阻为529Ω,这时的工作电流只有0.4348A,而冷阻只有36Ω,红外灯接通电源瞬间为6.39A瞬时功达到1470W,这一瞬间灯丝负荷过载达几十倍,这对灯丝寿命有非常大的影响。人们研制的灯丝保护电路,相信红外灯灯泡的工作寿命会成倍增长。此外,还增加了延时开关电路以防环境的光干扰。
四、红外灯的选择与使用
    红外灯的选择最重要的问题是成套性,即红外灯与摄像机、镜头、防护罩、供电电源等的成套性。在设计方案时对所有器材综合考虑设计,把它作为一个红外低照度夜视监控系统工程来考虑设计。有的人买完了摄像机、镜头、防护罩、电源之后甚至安装之后才去考虑购买红外灯,这是不正确的,在考虑成套性时,特别要注意以下几个问题。
㈠用黑白摄像机或特殊彩色摄像机
    CCD图像传感器具有很宽的感光光谱范围,其感光光谱不但包括可见光区域,还延长到红外区域,利用此特性,可以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图像传感器清晰的成像。而普通彩色摄像机为了能传输彩色信号,从CCD器件的输出信号中分离出绿蓝红三种基色视频信号,然后合成彩色电视信号,其感光光谱只在可见光区域。
    随着技术的进步出现白天彩色/晚上黑白摄像机,它采用两个CCD进行切换或采用一个CCD利用数字电路的切换来实现,但是存在黑白照度偏高、有的对彩色色彩的不利影响等缺点。而红外低照度彩色摄像机红外感度比一般摄像机高4倍以上,随着成本的降低,会成为发展趋势的。
㈡要求选用低照度摄像机
    摄像机的最低照度是当被摄景物的光亮度低到一定程度而使摄像机输出的视频信号电平低到某一规定值时的景物光亮度值。测定此参数时,还应特别注明镜头的光圈F的大小。例如使用F1.2的镜头, 当被摄影景物的照度值低到0.02Lux时,摄像机输出的视频信号幅值为标准幅值700mv的50%-33%,则称此摄像机的最低照度为0.02Lux/F1.2。有的摄像机生产厂家给出不同光圈F时的最低照度。当选择摄像机最低照度高于红外灯要求时, 红外灯的有效距离将受到一定影响。应当提醒用户的是市场上出售的摄像机技术性能标出的最低照度有两种不正常情况,一种是摄像机制造商所标的最低照度是所谓的靶面照度,即CCD图像传感器上的光照度, 它比景物照度低10倍左右;另一种是有个别摄像机制造商或销售商虚报最低照度。目前市场上比较经济的黑白摄像机,有的最低照度标为0.01~0.02lux,它们的实际最低照度仅为0.1~0.2Lux, 如果,使用的红外灯要求摄像机的最低照度为0.02Lux,必然影响红外灯的有效照射距离,而购买最低照度0.02Lux的摄像机,价格可能比0.1~0.2Lux摄像机最少高一倍左右。
㈢要求摄像机的尺寸规格
    摄像机标称尺寸日趋小型化,目前市场上的摄像机尺寸规格有1/2"、1/3"、1/4",摄像机尺寸大,接收的光通量大,摄像机尺寸小,接受的光通量少,如红外灯标称的有效距离是1/2"摄像机条件下试验的,如采用1/3"或者1/4"摄像机,有效距离也将受到一定影响。1/3"摄像机光通量只有1/2”摄像机光通量的44%。
㈣镜头的尺寸规格
    与摄像机的尺寸规格同理,不再赘述。需要注意的是红外光源由于波长长,反映到普通非红外镜头上会比可见光焦点略深一些,所以在用了红外灯夜间成像时,会感觉焦距稍微模糊一点。
㈤摄像机和镜头的功能要求
    摄像机有自动电子快门功能,AGC自动增益控制功能,镜头有自动光圈,以适应昼夜照度很大的变化。
㈥电源供应
    电视监控系统前端设备的电源供应要统一考虑设计。红外灯的电源供应,考虑到红外管的工作电流对供电电压十分敏感,而电缆长度不同对直流电压衰减不同。在多个红外灯距控制室的距离相差较大时,采用DC12V集中供电可能使距控制室近的红外灯供电电压高,距控制室远的红外灯供电电压低。加之电源电压调整上的偏差,可能造成电压过高的红外灯寿命缩短甚至烧坏,电压低的红外灯发射功率不足。因此建议尽可能采用AC22V供电或配一对一的直流稳压电源,这种直流稳压电源有的在电网电压波动在AC100V-245V时输出直流电压都是稳定的,保证红外灯红外辐射功率都是稳定可靠的。
    防护罩对红外灯的效果也有影响,红外光在传输过程中,通过不同介质,透射率和反射率也不同。不同的视窗玻璃,特别是自动除霜镀膜玻璃,对红外光的衰减也不同。
 
画面分割器
    在有多个摄像机组成的电视监控系统中,通常采用视频切换器使多路图像在一台监视器上轮流显示。但有时为了让监控人员能同时看到所有监控点的情况,往往采用多画面分割器使得多路图像同时显示在一台监视器上。当采用几台多画面分割器时,就有可能用与多画面分割器相同数量的监视器将所有摄像机传送来的多个画面同时显示。这样,既减少了监视器的数量,又能使监控人员一目了然地监视各个部位的情况。常用的画面分割器为四画面、九画面和十六画面。
画面分割器的基本工作原理
  采用图像压缩和数字化处理的方法,把几个画面按同样的比例压缩在一个监视器的屏幕上。有的还带有内置顺序切换器的功能,此功能可将各摄像机输入的全屏画面按顺序和间隔时间轮流输出显示在监视器上(如同切换主机轮流切换画面那样),并可用录像机按上述的顺序和时间间隔记录下来。其间隔时间一般是可调的。
主要性能:
  1.全压缩图像,数字化处理的彩色/黑白画面分割器;
  2.四路(或九、十六路)视频输入并带有四路(或九、十六路)的环接输出;
  3.内置可调校时间的顺序切换器和独立的切换输出。根据摄像机的编号对全屏画面按顺序切换显示,敏路画面的显示时间可由用户自己进行优化编程调整;
  4.高解像度以及实时更新率。画面指标为512×512象素,更新率为25-30场/秒;
  5.录像带重放时可实现1/4(或1/9、1/16)画面到全屏画面变焦(还原为实时全屏画面);
  6.与标准的SUPER-VHS录像机兼容(有的还具有S-VHS接口);
  7.有报警输入/输出接口,可与报警系统联动。报警时可调用全屏画面并产生报警输出信号启动录像机或其它相关设备。也就是说,当报警信号产生时,与该警报相关区域的场景将以全屏画面显示出来,并可自动录像。用户可自行设定警报的持续时间和录像的持续时间。报警输入接口数目与画面输入数目相同;
  8.八个字符的摄像机名称。用户可自已编程设定给每个摄像机最多达八个字符的名称;
  9.报警画面叠加、视频信号丢失指标。该功能可方便用户快速检查出现丢失的原因;
  10.设置屏幕菜单编程/调用。编程简单、操作容易,人-机界面友好;
  11.电子保险锁。用户可自行设定密码,被允许的操作者才能进行系统的操作。
 
云台其实云台就是两个交流电组成的安装平台,可以水平和垂直的运动。监控系统所说的云台是通过控制系统在远程可以控制其转动以及移动的方向的。

云台有多种类型:

·按使用环境分为室内型和室外型,主要区别是室外型密封性能好,防水、防尘,负载大。
·按安装方式分为侧装和吊装,就是把云台是安装在天花板上还是安装在墙壁上。
·按外形分为普通型和球型,球型云台是把云台安置在一个半球形、球形防护罩中,除了防止灰尘干扰 图像外,还隐蔽、美观、快速。


  在挑选云台时要考虑安装环境、安装方式、工作电压、负载大小,也要考虑性能价格比和外型是否美观等因素。

是安装、固定摄像机的支撑设备,它分为固定和电动云台两种。   
固定云台适用于监视范围不大的情况,在固定云台上安装好摄像机后可调整摄像机的水平和俯仰的角度,达到最好的工作姿态后只要锁定调整机构就可以了。   
电动云台适用于对大范围进行扫描监视,它可以扩大摄像机的监视范围。电动云台高速姿态是由两台执行电动机来实现,电动机接受来自控制器的信号精确地运行定位。在控制信号的作用下,云台上的摄像机既可自动扫描监视区域,也可在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。   
云台根据其回转的特点可分为只能左右旋转的水平旋转云台和既能左右旋转又能上下旋转的全方位云台。一般来说,水平旋转角度为0°~350°,垂直旋转角度为+90°。恒速云台的水平旋转速度一般在3°~10°/s,垂直速度为4°/s左右。变速云台的水平旋转速度一般在0°~32°/s,垂直旋转速度在0°~16°/s左右。在一些高速摄像系统中,云台的水平旋转速度高达480°/s以上,垂直旋转速度在120°/s以上
 
初学者园地之中心控制设备(一)
第四章  中心控制部分
    中心控制部分是整个监控系统的核心,系统的各项功能均由控制部分的各种设备实现。中心控制设备接收传输设备传送的视频、音频、数据、报警等各种信号,对接收的信号进行各种方式的控制、操作、处理、整合以实现系统所需要的功能并使的信号的格式符合重现设备的要求。

第一节、四画面分割器
    四画面分割器是一种专业的视频处理设备。它可以将四个画面压缩组合后显示在同一个画面上。其优点是节省多个其它的视频设备,直观性强。
    考察画面分割器的质量和档次的标准是:
㈠显示图像是否为实时图像,包括录像的重放。
㈡每幅小画面的图像信息量的多少。
㈢时基较正性能是否良好。
㈣亮度、色度、灰度级别。
㈤录像回放功能。
㈥字符设定、调整功能。
㈦其它诸如报警、操作、时间日期发生等功能。
㈧尺寸、外观等物理特性。
㈨工作电压、功耗等电器特性。
    画面分割原理是这样的:外来的图像信号经模拟/数字转换器(A/D)转换为数字信号后,分别在水平和垂直方向上按照2:1的比率压缩、取样、存储。存储器内的各路样点信号在同一时钟的驱动下顺序输出,再经数字/模拟转换器(D/A)转换成一路的模拟信号进行显示。
    画面分割器除具有分割图像显示外,还可通过操作设定视频图像的顺序切换、单画面显示、分割显示等。较高档次的画面分割器可使录像机录制的分割图像进行单画面的放大回放。

第二节、多画面处理器
    这里所讲的多画面处理器是另外一种高级的视频图像处理设备。在港台称之为画框处理器(Frame Processor),欧美地区称之为数字多工处理器(Digital  Multiplexer)。由于采用的是场切换或帧切换技术,因此也可以称之为帧场切换处理器。
    一帧图像是由两场扫描组成,因此帧切换的时间间隔为40ms,场切换的时间间隔为20ms。
    在实际应用中,帧场切换器必须与录像机配合使用,它可以将各监控点传来的多路视频信号以帧/场间隔进行切换并用一台录像机进行记录。回放时通过帧场切换器进行多画面或单画面的回放。录制的单帧图像是与实际监视相同的未压缩画面,对细节分析十分有利。但是由于是切换式录像,存在丢帧/场现象,因此同一监视点记录的图像在回放时会产生卡通效应。
    在帧场切换器中经常会提到单工与双工类型。所谓双工处理从电路结构上看,其一部分电路要处理送往录像机的视频信号,另一路要处理送往监视器的视频信号。但是对于双工的定义,各个厂家定义不同,我们习惯于美国公司的定义方式,即能够在记录或重放录像带的同时可以监看多路图像分割显示。这样的双工处理器可实现两台录像机同时放像和录像而互不影响,同时在录像的同时不影响观看分割图像。
    可以讲,帧场切换器的性能和档次要高于四画面分割器,但是其录像的丢帧现象却给安防记录带来不便。因此欧美国家的一些厂家采用了一种基于视频图像移动监测技术的“动态时间分配”输出方式,通过对画面的活动情况进行连续分析,并根据画面的活动状况确定优先处理的摄像机,使该路图像获得更多的录像时间。这样就能有效降低活动画面的丢帧数量,使录制的图像接近于实时。
    帧切换器一般有4路、8路、9路、16路等,场切换器一般有4路和8路。
    帧场切换器除为我们带来强大的录像功能外,还具有多项画面处理和其它操作功能,如画中画显示、单画面显示、多画面任意组合分割显示、图像数码变焦放大、视频信号丢失检测、时间发生、图像通道名称标题编辑以及报警处理功能等。

第三节、视频/音频切换器
    视频和音频切换器电路基本一样,由于视频处理比音频处理要复杂得多,因此以视频切换器为例讲述其工作原理。
    我们知道,原始的监控系统是没有切换器的,是一台摄像机接驳一台录像机或监视器。即使现在,在需要的场合如柜员制系统中仍有使用。但当通道数量增多,如成百上千并且无需逐一不间断监视时,一对一实现势必造成监视器、录像机增多,从造价、监控室布局等方面形成浪费、臃肿的状态。同时现代多功能监控系统需要的多种联动功能也无法实现。所以视频/音频切换器应运而生。
    经过多年的探索和努力,切换器从简单的琴键开关式、继电器切换式发展到大规模模拟开关集成电路切换式。
    从输入输出的切换方式分类有矩阵式切换器、顺序切换器、分组切换器。顺序切换器功能简单,已经成为监控系统中的一种附属设备,而不再作为系统主控制器使用。分组切换器的多项功能已经在矩阵切换器中得到应用,所以使用的场合较少。现在最为常见的是矩阵式切换器。
    矩阵是一个数学名词,下面给出了一个n列、m行的矩阵。其中元素用a来代表。
      1       2    . . . . . . n
1    a11     a12   . . . . . . a1n
2    a21     a22   . . . . . . a2n
3    a31     a32   . . . . . . a3n
.     .       .    . . . . . .  .
.     .       .    . . . . . .  .
.     .       .    . . . . . .  .
m    am1     am2   . . . . . . amn
    从这个矩阵可以看出,矩阵中的每一种元素均代表一种状态。我们把行作为矩阵式切换器的输入,那么矩阵中行的数量m就代表摄像机的数量或系统输入通道数量;把列作为矩阵式切换器的输出,那么矩阵中列的数量n 就是监视器的数量。因此矩阵中每一种状态代表系统的输入、输出状态。如a32代表第三路摄像机图像在第二个监视器上显示,依次类推。因此所有通道的图像都可以在任何一个监视器上显示;同理所有监视器都能显示任何一个通道的图像,而相互不影响。这就是矩阵式切换器的巨大优势,有时也可以讲具有这样的高级图象切换功能的才是矩阵切换器。基于此功能,矩阵切换器对于图象的切换就不仅仅是原始的手动定点切换,而增加了更多的如序列切换、分组切换、群组切换、图象巡游等功能,有的矩阵厂家干脆称为“万能切换”。同时输出口的增多,又可以增加分控显示的数量,满足了现代监控系统的需要。
    视频/音频切换器的电路大同小异,只是矩阵电路规模不同。一般分为输入、切换、输出电路。在输入电路中主要解决视频图像信号的阻抗匹配和放大。输出电路同样解决的是阻抗匹配和放大问题。在矩阵电路中,除必须的模拟开关集成电路或专用视频矩阵切换集成电路外,多用微处理器通过软件程序进行控制,数据信息的交换在数据总线上进行,各对应选择地址将在地址总线上进行通讯。在当前的矩阵切换器中绝大多数都采用了模块化设计,除了必须的CPU控制卡外,分别有视频输入卡、视频切换输出卡、云台镜头控制的通讯卡、报警接口卡、与计算机通讯的通讯卡等。模块化的设计对于系统的扩容、维护都极为方便。
    现阶段的控制器对前端的操作都使用标准计算机通讯编码,另外报警等功能的联动使得控制器中还应有编码电路和报警信息接收电路。这部分电路根据报警处理方式的不同和编码的特殊性而具体分析。总的来说,切换器接收到报警信息(包括报警通道的号码和报警类型等)后,将其置入数据总线,CPU按软件程序的设定进行响应,在地址总线上输出对应通道的地址码,使矩阵电路将对应通道的图像显示于主监视器上,完成报警后图像自动切换功能。
   键盘动作一般来说是这样实现的:键盘的每一个键都有自己的键值,CPU按软件程序中的约定随时对键盘进行扫描或者在按键动作时向CPU发出响应请求由CPU进行瞬时响应。当按下某键后,CPU得到该键的键值,并进行相应的标准编码,编码过程可以在切换器中进行,也可在键盘中直接完成。动作命令经编码后从线缆传至前端解码器,得到了动作的遥控实现。若属对视频或报警的操作,则切换器将该编码通过数据总线送入CPU处理,得到对应动作的地址码或通讯数据,来使其它电路及矩阵电路响应。有的控制器键盘并不是随时对键盘进行扫描,而是当键盘发出控制命令时,CPU卡接收分析加以响应的。
 
初学者园地之中心控制设备(二)
第四节、报警处理器
    报警处理器是将所有前端报警信号收集,将发生报警通道的信号进行处理并输出多个开关量控制灯光、录像机等设备的自动启动,同时输出报警通道编码并传送至主控器(切换器)。
    报警处理器按处理方式的不同分为总线式和多线式。
    总线式是指所有前端探头的信号均由一根双绞线传输,各探头有自己的地址,处理器将传来的信号进行分析,得到报警探头的地址码,再按多线方式进行响应。总线式报警处理设备多、结构较复杂,尤其是前端需有解码器对探头信号进行变换,同时对地址码进行设置。处理器中也要有相应的信号变换和识别电路。总线制的优点是可大大节省电缆,降低费用,并给施工带来方便。十分适用于前端探头较多并且较为集中的情况。
    多线式处理方式就是各个探头互不干扰地将信号线和电源线汇集至控制室,并分别将探头信号线与报警处理器的对应通道输入端相连。多线式方式仍为现今报警处理的主导方式。
    报警处理器电路可分为信号输入、信号识别、响应输出等部分。信号输入部分的作用是将各种报警信号变成微处理器或逻辑电路能够处理的电平信号;信号识别电路将信号进行分析,确定报警与否,同时将该报警信息按设定的方式提取对应的地址;响应输出部分电路的作用是将得到的地址信息转换成与切换器对应的编码信息并送入切换器,同时对报警信息进行响应触发报警输出电路,如警报声音、继电器输出等。
    报警处理器可以作为单一的控制设备使用,也可以与切换器等其它设备共同组成综合性监控系统。

第五节、多媒体控制设备
    多媒体监控系统是集中了多媒体计算机技术,尤其是数字图像处理及图像传输的最新技术的新一代监控系统。它融音视频处理、系统信息管理、系统控制及网络通信于一体,代表了监控系统的发展潮流,且被越来越多的闭路电视监控系统所选用。
    对于简单的多媒体系统来说,仅仅是在原来的监控系统中添加多媒体计算机和相应的控制软件以及图像采集卡,仍然保留原系统中的控制器。计算机与系统控制器之间通过RS-232串行通信口实现控制。系统控制软件的界面类似于系统控制键盘(模拟键盘),或根据矩阵控制器的协议将控制命令编辑在多媒体显示/操作界面中,当用鼠标点击模拟键盘或控制界面的相应按键时,系统控制软件即可根据控制协议将控制指令通过RS-232通信口送入系统主控制器完成控制操作。系统的前端解码器仍然靠RS485通信口与主控制器连接。这种多媒体实际上只是为用户提供了一个更为友好的人机操作界面,并增加了一些信息管理、电子地图等功能,同时计算机的使用也为将来的功能扩展提供方便。通常这种多媒体控制方式称为图形用户界面(Graphic User Interface,简称GUI)
    而真正意义的多媒体监控系统是指系统的主控制器由高性能的工控机取代,并且将主控端的全部设备(如视频矩阵切换卡、音频矩阵切换卡、远程通信卡、数字化视频处理卡、汉字叠加卡、网络通信卡等)都以功能卡的形式装进工控机的机箱中,因而系统的集成度更加完善、稳定性进一步提高。当整个监控系统中各分控端也是由多媒体计算机承担时,如果这些计算机已经联网,则各个分控计算机与系统主机的通信可以直接根据TCP/IP协议经由网络传输,实现对整个监控系统的控制。
一、多媒体监控系统所具备的功能:
    ㈠对安装者、系统管理员、各级操作员可分别授予不同的权限,以适应安全保密的要求,防止系统被非法使用。
    ㈡授权安装者可使用软件对整个系统进行任意设置。
    ㈢系统软件窗口具有很强的系统编程设置功能,具有了工程应用中二次开发能力。
    ㈣可使用电子地图了解监控区域的全貌,同时使用鼠标器点击监控点后的图像、声音自动弹出,操作更加直观、方便。
    ㈤真正意义的多媒体系统在图像处理中还加入了多画面分割显示功能,取代了由帧场切换器或四画面分割器实现的原有功能。
    ㈥图像观察尺寸可以在一定要求下由用户自行设定。
    ㈦具有短时间的压缩或未压缩的数字录像功能,十分利于报警后录像的要求。
    ㈧操作的界面集成于显示器的屏幕上,操作灵活。
    ㈨采用工控机的多媒体监控系统还加入了视频报警功能。
二、多媒体监控系统的特点:
㈠安全性
    多媒体监控系统提高了对灾害和突发事件的防御能力,它不受各种人为因素的干扰,按部就班地按照预先设定的程序完成每一步工作;电子地图的引入使监控布局更加合理、直观,能最大限度地避免遗漏;视频报警功能使布防更加灵活,报警更为可靠。
㈡灵活性
    模块化的设计大大降低了施工难度,给维护也带来极大的便利。因此从系统配置、工程安装调试到系统扩容都更为灵活。
㈢信息化
    计算机和网络建设的发展为多媒体监控系统提供了一个以计算机为中心的监控平台,为今后网络信息化的建设奠定了坚实的基础。
㈣智能化
    以多媒体计算机为控制中心,通过系统软件实现控制界面的可视化及控制环境的多媒体化,可方便地实现灵活机动智能化控制。各部分有机地组合,由计算机统一分析、统计、处理,完成预定的每一步操作,真正实现临危不乱。
㈤现代化
    多媒体技术的应用不仅使安防理论上升到一个新的高度,而且从系统的结构、技术的实现到通信接口技术的应用无不体现了最现代化技术的实际应用。
三、多媒体监控系统控制部分的组成:
㈠图形用户界面(GUI)
    在GUI监控系统中,除了原有的主控制器(包括视频切换、音频切换、报警处理各个单元)外,增加了多媒体计算机、图像捕捉设备以及控制软件。多媒体运行的软件环境多以Microsoft  Windows软件作为操作平台。
    图像、声音采集卡是多媒体系统中不可缺少的专业设备。图像卡主要用于在屏幕上开窗口以显示切换器输出的活动视频图像,并进行冻结、实时采集、存储;声卡则用于对输入的音频信号通过有源音箱还原监听。一旦音视频信号以文件形式被采集到计算机中,就可以用计算机对其进行各种处理。
㈡多媒体监控系统
    这里以工控机为核心,包括远程通信卡、视频矩阵切换卡、音频矩阵切换卡、数字化视频处理卡等。除了组成部分与功能的不同外,其它的软件运行环境、硬件配置等与普通多媒体系统相同。

第六节、其它设备
    视频处理产品很多,如时间日期发生器、字符(中、英文)发生器、视频分配器、线缆补偿器、时基校正器、视频存在丢失检测器、云台镜头控制器以及高速数字图像传输系统等,由于有的技术原理十分复杂,有的在实际中不常应用,有的属于较低档产品,因此其工作原理在这里不作专门讨论。现就一些主要设备的功用作一下介绍。
一、时间、日期发生器:
    该设备可产生与实际相吻合的时间和日期,并能通过简单操作进行调整,再通过内部视频、字符叠加电路将产生的时间、日期字样显示到屏幕上。这样,使用时间日期发生器后,图像就有了时间记录,方便了档案存储和查询。
二、字符叠加器:
    这个设备与时间日期发生器一样,可产生英语或汉语字符显示在图像上,使用户观看一目了然。汉字字符有两种实现形式。一种是固定的,需要将所需汉字固化在存储器中,这种方式简单、价格低、实现容易,但不能修改,一旦前端设备由于需要作位置变动时,字符的修改就需要专业的厂家或原厂家实施,过程麻烦、时间长,现在已经逐渐被淘汰。另一种是动态字符叠加器,可以与PC机相连,由用户使用字符设置软件进行字符的动态设置,字符的内容、显示方式等都可以由用户设定,这种方式操作灵活、易于扩充、修改方便,是当前字符叠加器的主流。
三、视频分配器:
    由于系统中某路图像可能需要供多个处理设备,如监视器、矩阵切换器、多工器、录象机等,根据视频信号的特点,必须加入视频分配器对视频信号进行分配。其作用是对分配后视频信号进行阻抗匹配、放大、同步调整等,避免视频信号衰减、阻抗不配引起的图像质量下降。
四、时基校正器:
    电视图像信号在电-磁和磁-电的变化过程以及传输过程中会产生特殊的相位畸变,引起单位时间内的图像信号不能在单位时间内转化或恢复,我们称其为时基误差。严重时会使图像出现错误的色调和同步丢失,造成信号滚动、跳动、闪烁等现象。
    时基校正器是一种校正时基误差的专用设备。这种设备可将信号重新排列整齐,即给信号不同的延时,使提前的部分多延时一些,滞后的部分少延时一些,所以时基校正器是一个延时量可控的延时设备。
    现在应用的时基校正器多是数字式,校正范围宽。其校正方法是对重放信号进行脉码调制(PCM),将其变为数字信号,然后存入与该信号同步的时钟存储器中,同时由基准同步信号产生的读出时钟又连续地从存储器中取出数字信号,由于读出速度是均匀的,所以信号的排列是整齐的。将读出的信号再进行数字/模拟转换输出,从而保证了图像信号的传输质量。
五、云台、镜头控制器:
    该设备适用于规模较小,无解码器的前端使用。一般都采用多线制控制,其原理也极其简单,只是将云台和镜头的工作所需电压产生,通过线缆传至前端与对应动作连接即可。操作则使用按键或一般的琴键开关即可实现。
 

网络摄像机问答1
网络视频产品可能碰到的常见问题及回答
一、 如何解决动态IP问题?
我们提供三种解决方案:1、用我们电信机房提供的域名解析服务器,给客户免费提供一个二级域名 ;2、用花生壳来做域名解析;3、自建域名解析服务器,我们提供软件。
二、为什么远程传输会出现不连贯现象?
无论是M—JPEG还是MPEG4的压缩格式的视频服务器,在图像色彩和传输速度都达到人们完全满意的程度,至少需要1。5M的上传带宽,现在上传带宽都小于512k,所以在实际应用中会出现图像不连贯的现像。
三、 能不能IE浏览?
能,网眼视频服务器和网络摄像机都有WEB功能,我们直接用IE就可以浏览。
四、 录像录在什么地方?
录像方式灵活,可以录在专用的监控服务器上,也可存储在磁盘阵列中,而且网络内的任一台电脑,只要安装了网眼监控软件就可以进行录像。
五、软件收不收费?
软件是我们自己的开发的,所以我们向客户免费提供软件。如需更改,按难易程度收费,简单的修改不收取任何费用。
六、可不可以传输声音
M-jpg格式网络摄影机没有语音,可配音频服务器实现IE浏览器双工语音通讯;或选用mpeg-4网络摄像机或者网眼视频服务器。
七、网络摄像机镜头是CCD,还是CMOS?
我公司提供的是CMOS网络摄影机,而且支持。
八、网络摄像机传输距离受不受限制?
网络摄影机与普通摄影机不同,只要网络连接得到,就能获取远程影像。只要网络摄像机和交换机之间的网线不超过一百米就没有问题。
九、网络摄像机能不能控制云台、镜头(PTZ)?
有的可以,有的不可以,根据客户的具体需求,而且网络摄影机内部带有多种协议,支持多种解码器PTZ控制
十、网络摄像机有没有报警功能?
我们一路的网络摄像机有一个报警输入输出接口,可以外接红外烟感警笛等报警器。智能联动各种自动化设备,而且都支持动态侦测。
  
网络摄像机问答(二)
一、实时传输一路图像占用多少网络带宽?
我们建议正常使用要求200KB以上,完全达到实时25侦每秒,上行带宽不要低于1。5M。目前,一般的局域网,xDSL、有线电视或小区宽带等能提供国际真实IP的宽带即可使用;
二、录像硬盘容量空间要多大?
根据客户录像的天数来选择硬盘的大小,我们可以对照下表来选择:(单位G)


三、 如何实现多点统一管理?
将所有的网络摄像机和视频服务器通过软件集中到一起,我们的软件最多可以同时看25路画面。方便监控和管理。(详情请看软件介绍)
四、网络摄像机有没有USB接口接到电脑上?
网络摄像机与普通的摄像头(USB摄像头)不同 网络摄像机是因为内部装有网络视频服务器,故不用增添另外的计算机或软件,只要连接电源和LAN电缆就能在远处看到影像。 但是,USB摄像头是因为自身没有服务器,而是以用户PC机的Windows操作系统为基础的, 所以网络摄像机通过网线和电脑相连,不用USB线和电脑相连。
五、 网络摄像机上使用的影像压缩方式是什么,那种方式好?
日前网络摄像机主要有两种压缩方式,M – JPEG压缩方式MPAG4压缩方式,不能说好种方式好,主要根据客户的不同需求来选择那种压缩方式。在带宽足够的情况下,两种压缩方式都可以。在带宽不足时,如果要看到清楚的画面为主,就选择M–JPEG压缩方式;如果要看到流畅的画面就选择MPAG4压缩方式。
六、网络摄像机图像的传送速度多快?
最多每秒可压缩、传送30画面影像。?但是,传送速度是随着接入者的PC规格和网络容量以及线路状态的不同而不同,所以不可能每位接入者都能看到以最大传送速度传送的影像。
七 同时接入的用户最多可以达到多少名?
可以同时接入的接入者数是指多人浏览而不影响浏览的速度。在多人浏览的情况下,我们一般采用服务器转发的方式,这样可以做到100人同时浏览。


网络摄像机问答(三)
一、网络摄像机和视频服务器可以连接的网络种类都有哪些?
网络摄像机和视频服务器支援所有网络种类的访问。 * ADSL, Cable Modem, ISDN,
等基本全都包括。
二、安装在外部时,网线可以延长多少米?
根据网线的质量好坏,我们建议电缆最长不要超过100m。
三、 网络摄像机 是否可以安装在室外使用?
因为 网络摄像机 是不防水的,所以安装在室外时要罩上可防水的护罩才能使用。
四、有没有利用Netscape浏览器接入 网络摄像机 的方法?
网络摄像机 可以利用 Netscape 浏览器看影像,版本要在5.0以上。
五、网络摄像机可不可以在外接摄像机?
可以,网眼的webcam 540就可以另外在接三部摄像机,而且IE浏览时,可以单画面循环看,也可以四画面同时浏览。
六、可以远程存储吗?
使用webcam专用录像软件就可以在远程把实时传送的影像储存起来, 而且图像清晰。
七 、网络摄像机 分辨率可调吗?
我们的网络摄像机分辨率调节一共有三种:160x120 320x240 640x480 ,而且
八、 网络摄像机支持视频输出到监视器吗?
有的可以,有的不可以,网络视频服务器都可以。
九、网络摄像机动态侦测可以画分区域吗,并录像?
整个监控画面被分成25个小区域,用户可以任意选区其中的区域,并且可以对选中的监控区域进行1-20级的敏感度设置。 这样当有东西移动时将被网络摄像机检测到,同时进行录像。
十、 网络摄像机可以制定录像计划吗?
可以。用户可以预约录像、设定每周的录像计划。
 
网络摄像机问答(四)
一、 当某个区域有意外情况发生时网络摄像机如何提醒用户?
有意外情况发生的监控画面将弹出到屏幕的最前端,并发出警报声。警报声可以自己设定。 如果有电子地图,电子地图会弹出报警视频窗口。
二、网络摄像机的管理员密码可不可惜更改?
当您购买了我们的网络摄像机和网络视频器后,我们建议你更改管理员的密码,这样您就有最高的管理权限,非受权用户就无法看到监控的图像。
三、 如果忘了管理员密码怎么办?
没关系, 网络摄像机 后有一个reset键,简单一按一切又回到从前。
四、网络视频服务器可以控制广场上的灯的开关吗?
我们网络视频服务器有一个开关量输出,不但可以控制灯的开关,只要是开关信号我们都可以用视频服务器进行远程控制。
五、网络摄像机和网络视频服务器可不可以远程升级?
可以,我们的产品都可以进行远程升级,方便快捷。
六、可不可以把视频嵌入到我们的软件中去?
可以,我们给您提供一个SDK开发包,您可以按您的软件要求进行二次开发,我们和天津雅阁合作的地磅监控系统就很好的和地磅信息管理系统结合在一起了。
七、监控图像可以看到网络中去吗?
完全可以,没有问题,我们做了许多网眼直播,比如做一个公司网上直播宣传,新闻发布会的现场网络直播,幼儿园网上看宝宝(收费的)。


 
工程抗干扰四大基本要领—— “一防,二避,三抗,四补”[原创]
工程抗干扰四大基本要领—— “一防,二避,三抗,四补”[原创.gif>
一防:设防,将干扰拒之门外,措施:
1. 线缆穿镀锌铁管,走金属线槽;
2. 线缆埋地;
3. 采用双绝缘双屏蔽抗干扰同轴电缆;
4. 摄像机与护罩绝缘,护罩接大地;

二避:改变视频原信号传输频带或传输方式,避开视频带宽内的干扰,措施:
1.采用光缆,微波、射频等调制方式;
2.采用数字变换、处理和传输方式;

三抗:外界电磁干扰已经通过传输电缆“混入视频信号中”,解决办法就是“抗”,措施有:
l 传输变压器抑制50/100Hz低频干扰;
l “斩波”技术;
l 视频预放大提高“信号/干扰”比(信噪比)技术:理论上实践上都应该是可行的。但在处理线缆传输失真和附加放大失真问题上,还有待完善。
l “加权抗干扰器”,不调制不变换,保持原视频基带传输方式,同时具有抑制干扰和视频恢复双重功能。

四补:抗干扰是提高图像质量的措施之一,还要同时考虑到补偿传输线缆和设备引入的衰减和失真,恢复视频信号原有特性,确保图像质量。“加权抗干扰器”和“视频恢复主机”,都具有图像质量控制恢复功能;
抗干扰四大基本要领,是从不同的技术侧面采取的不同措施,掌握了它们的原理、性能和使用方法,在工程中灵活运用,才能立于不败之地。
关于抗干扰四大基本要领,这种提法还只是个人意见,不一定确切。目的是对工程抗干扰技术措施的认识和选择,力求探讨出一种清晰明了概念和要领。不再茫然,不再无所适从,不再为误导宣传所左右,做出更多、更高水平的样板工程。