CCTV安防监控培训资料

2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作CCTV安防监控培训资料针对名词做解释：CCTV即Closed Circuit Television 的缩写，是闭路电视系统的意思。其利用电学原理，透过光学镜头所摄取的影像光能，经由摄影机内的芯片(CCD)或摄像管(tube)转变为电能，再经由电缆线及一些用途不同的辅助器材传送到监视器上，使电能回复光能呈现在屏幕上1. 基础名词解释垂直同步、彩色视频复合信号同步、外同步、直流线锁定和完全同步是摄像机之间不同的同步方法。完全同步全体锁定是两部用于精密的应用如广播摄影棚摄像机之间完全同步最好的方法。它将同步：水平，垂直，偶数/奇数区域，色彩触发频率和阶段。垂直同步是最简单的方法来同步两部摄像机，通过垂直驱动频率来保证视频能够采用老式的切换期或者四分割机器，在同一个监视器上显示几个影像源。垂直驱动信号通常由重复频率20/16.7毫秒（50/60赫兹）和脉冲13毫秒宽度的脉冲组成。彩色视频复合信号同步彩色视频复合信号代表视频和彩色触发信号，意味着摄像机能和外部的复合彩色视频信号同步。然而尽管称作彩色视频复合信号同步，实际上只进行水平同步和垂直同步，而没有色彩触发同步。外同步非常类似于彩色视频复合信号同步。一个摄像机能够同步于另一个摄像机的视频信号，一个外同步摄像机能使用输入的彩色视频复合信号，提取水平和垂直同步信号来做同步。直流线锁定是一种古老的技术，利用直流50/60赫兹电源线电流来同步摄像机。因为直流24伏电源广泛使用于多数建筑物防火警报系统，由于非常容易获得。由于老型号的切换器和分割系统没有数字记忆功能，要保持稳定的影像，摄像机之间的同步非常必要，直流线锁定就是摄像机同步于交流50/60赫兹，彩色信道之间时间的关联和水平/垂直信号没有约束会导致糟糕的色彩转换（色彩阶段设计），因此所有使用交流线锁定的用户不可避免地失去很好的色彩转换。幸运的是，现在的分割器和16通道复合处理器以及硬盘录象机都有内部记忆体来克服这个问题，不再需要同步信号，因此交流线锁定可能若干年后会被淘汰掉。无色滚动数字讯号处理器视频摄像机使用在荧光灯下时，只能产生严重色滚动的影像。影像会从白色转变成蓝色、粉红色再回到白色，如此循环。这是因为交流电源运行在50/60赫兹所引起的问题。白热灯泡能提供稳定的光线，而日光灯的光线由于交流电的强度和色彩以8.3ms的速度在变换而波动。传统摄像机计算出白平衡需要 100150ms（0.10.15） ，比交流电慢了8.5ms，因此永远不能赶上。对当前影像通过8次循环周期才能清楚地产生色滚动。背光补偿能提供在非常强的背景光线前面目标的理想的曝光，无论主要的目标移到中间、上下左右或者荧幕的任一位置。一个不具有超强动态特色的普通摄像机只有如1/60秒的快门速度和F2.0的光圈的选择，然而一个主要目标后面的非常亮的背景或一个点光源是不可避免的，摄像机将取得所有近来光线的平均值并决定曝光的等级，这并不是一个好的方法，因为当快门速度增加的时候，光圈会被关闭导致主要目标变得太黑而不被看见。为了克服这个问题，一种称为背光补偿的方法通过加权的区域理论被广泛使用在多数摄像机上。影像首先被分割成7块或6个区域（两个区域是重复的），每个区域都可以独立加权计算曝光等级，例如中间部分就可以加到其余区块的9倍，因此一个在画面中间位置的目标可以被看得非常清晰，因为曝光主要是参照中间区域的光线等级进行计算。然而有一个非常大的缺陷，如果主要目标从中闲移动到画面的上下左右位置，目标会变得非常黑，因为现在它不被区别开来已经不被加权。F表示镜头的孔径，F停止2:1和f3.4毫米表示镜头的焦距是3.4毫米。镜头F2.0和f3.44采用非常经济的形式，应此价格较低，广泛应用于单板摄像机，F2.0的镜头的孔径能收集人眼一半的光线，f3.4毫米的镜头在1/4英寸CCD上有60度的视角，在1/3英寸CCD上有90度视角，非常接近于人眼的视角。人眼的两只眼睛能包含更大的视角，从人到人一般有150到180的角度，但是请记住，F停止和f焦距只是一个镜头的基本参数，并不代表质量。超宽动态是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色。宽动态摄像机比传统只具有3:1动态范围的摄像机超出了几十倍。自然光线排列成从120,000Lux到星光夜里的0.00035Lux。当摄像机从室内看窗户外面，室内照度为100Lux，而外面风景的照度可能是10,000Lux，对比就是10,000/100=100:1。这个对比人眼能很容易地看到，因为人眼能处理1000:1的对比度，然而传统的闭路监控摄像机处理它会有很大的问题，传统摄像机只有3:1的对比性能，它只能选择使用1/60秒的电子快门来取得室内目标的正确曝光，但是室外的影像会被清除掉（全白）；或者换种方法摄像机选择1/6000秒取得室外影像完美的曝光，但是室内的影像会被清除（全黑）。 峰值感应模式是用通过影像亮点代替整个影像的平均值来决定曝光指数，使用规则系统的用户能应对最苛刻的要求，如在黑夜抓取一个白点的影像，而且还要看到这个小亮白点的细节和色彩。CMOS全称为Complementary Metal-Oxide Semiconductor，中文翻译为互补性氧化金属半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带电） 和 P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。CCD全称为Charge Coupled Device，中文翻译为电荷藕合器件。它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，然后通过模数转换器芯片将电信号转换成数字信号，数字信号经过压缩处理经USB接口传到电脑上就形成所采集的图像。 景深的概念：当某一物体聚焦清晰时，从该物体前面的某一段距离到其后面的某一段距离内的所有景物也都当清晰的。焦点相当清晰的这段从前到后的距离就叫做景深。景深分为前景深和后景深，后景深大于前景深。景深越深，那么离焦点远的景物也能够清晰，而景深浅，离焦点远的景物就模糊。焦距是一个任何的光学仪器都有的不折不扣的光学参数。从光学原理来讲焦距就是从焦点到透镜中心的距离。对于镜头来说，焦距有着非常重要的意义。焦距长短与成像大小成正比，焦距越长成像越大，焦距越短成像越小。镜头焦距长短与视角大小成反比，焦距越长视角越小，焦距越短视角越大。焦距长短与景深成反比，焦距越长景深越小，焦距越短景深越大。焦距长短与透视感的强弱成反比，焦距越长透视感越弱，焦距越短透视感越强。焦距长短与反差成反比，焦距越长反差越小，焦距越短反差越大。对焦距离越远景深越深，对焦距离越近景深越浅。因此在拍摄远景时应该选择较大对焦距离的镜头，而在拍摄近景时则应该使用较小对焦距离的产品。镜头对焦距离是用cm（厘米）表示的，可谓一目了然。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。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）。视频服务器是一种对视音频数据进行压缩、存储及处理的专用计算机设备，它在视频监控、网络教学、Ip视频会议、广告插播及视频节目点播等方面都有广泛的应用。视频服务器采用MJPEG、H.261、H.263、MPEG2、MPEG4等压缩格式，在符合技术指标的情况下对视频数据进行压缩编码，以满足存储和传输的要求。具有多通道输入输出、多种视音频格式接口。可配备SCSI、FC等网络接口进行组网，实现视音频数据的传输和共享。它由视音频压缩编码器、大容量存储设备、输入/输出通道、网络接口、视音频接口、RS422串行接口、协议接口、软件接口、视音频交叉点矩阵等构成，同时，提供外锁相和视频处理功能。网络摄像机是一种结合传统摄像机与网络技术所产生的新一代摄像机，它可以将影像通过网络传至有网络连接端口的另一端，且远端的浏览者不需用任何专业软件，只要标准的网络浏览器（如“Microsoft IE或Netscape）即可监视其影像。网络摄像机内置一个嵌入式芯片，采用嵌入式实时操作系统。摄像机传送来的视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩，通过网络总线传送到Web服务器。网络上用户可以直接用浏览器观看Web服务器上的摄像机图像，授权用户还可以控制摄像机云台镜头的动作或对系统配置进行操作。动态侦测整个监控画面被分成多个小区域，用户可以任意选择区其中的区域，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摄像机服务器检测到，同时进行录像。通讯接口在安防监控系统中的通讯接口主要是对视频、音频的输入输出来说的。所以通讯接口一般有以下几种：RS-232、RS-485、通用网络接口，可支持PSTN、ISDN以及LAN各种联网环境、具有USB2.0超高速数据接口，连接计算机对重要图像资料进行备份、可选配具有逐行扫描VGA输出接口等。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、黑白两种，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。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。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。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。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。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。嵌入式系统是指操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中。简单的说就是系统的应用软件与系统的硬件一体化，类似与BIOS的工作方式。具有软件代码小，高度自动化，响应速度快等特点。特别适合于要求实时的和多任务的体系。全双工：同一时刻既可发又可收。全双工要求：收与发各有单独的信道、可用于实现两个站之间通讯及星型网、环网、不可用于总线网。半双工：同一时刻不可能既发又收，收发是时分的。半双工要求：收发可共用同一信道，可用于各种拓扑结构的局域 网络最常用于总线网、半双工数据速率理论上是全双工的一半。方向幕帘红外探测器一般是采用双向脉冲记数的工作方式，即A方向到B方向报警，B方向到A方向不报警。具有入侵方向识别能力，用户从内到外进入警戒区，不会触发报警，在一定时间内返回不会引发报警，只有非法入侵者从外界侵入才会触发报警，极大的方便了用户在设防的警戒区域内活动，同时又不触发报警系统。自动高速跟踪快球是集光学、电子、机械、信息处理和网络于一体，由摄像头、动力传动、运动控制装置，基于高速并行处理的图像分析、识别、压缩和通信等部分组成。具有视频摄像、位置控制、方位和镜头预置、运动目标检测、识别和跟踪、火焰及烟雾检测报警等功能。当运动目标进入球形摄像机的视场范围内，利用高速DSP芯片在前一帧图像和现在的图像进行差分计算，当达到某个特定数值，判定一帧中的某个特定部分为移动物体，然后球机自发出指令给球机云台，如此循环往复，从而控制球形摄像机实现对运动物体的连续跟踪而不需要人的操作，也不需要计算机系统的支持。 线锁定同步（LINELOCK）是一种利用交流电源来锁定摄像机场同步脉冲的一种同步方式。当图像出现因交流电源造成的网波干扰时，将此开关拨到线锁定同步（LL）的位置，就可消除交流电源的干扰。自动增益控制摄像机输出的视频信号必须达到电视传输规定的标准电平，即,为了能在不同的景物照度条件下都能输出的标准视频信号，必须使放大器的增益能够在较大的范围内进行调节。这种增益调节通常都是通过检测视频信号的平均电平而自动完成的，实现此功能的电路称为自动增益控制电路，简称AGC电路。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。音源就是声音的源头，没有音源，用音响系统还原声音也就 无从谈起。音源有两层含义，一是指记录声音的载体，只有先把声音记 录在某种载体上，才谈得上用音响设备把载体上的声音还原出来，这些 载体是音响系统中声音的来源，所以叫音源。音源的另一层含义，是指播放音源载体的设备。时间上连续、而且幅度随时间连续变化的讯号称为模拟讯号（例如声波 就是模拟讯号，音响系统中传输的电流、电压讯号也是模拟讯号），记 录和处理模拟讯号的音源就是模拟音源，例如磁带/卡座、LP/LP唱机。模拟音源记录和处理的讯号是声音（准确地说应该是从声音转换而来的 电讯号）的本来面目，可以直接用传统的放大器放大，处理起来方便直 接；数码音源记录、处理的都是0和1排列组合形成的抽象二进制数据流 ，非常不直观。声波是模拟的，不能直接为数码音源使用，必然通过转 换设备转为数字讯号，才能记录在数码音源载体上。播放时，数码音源 设备读出的数据不能直接由传统的放大器放大，必须先转换为模拟讯号 才行。可见，数码音源讯号处理过程要复杂得多。但数码音源优点很突 出：信噪比和动态范围远胜模拟音源，讯号经多次复制和多个传输环节 后质量不下降，这一点模拟音源无论如何也办不到。AVS是中国自主制定的音视频编码技术标准。AVS工作组成立于2002年6月，当年8月开始了第一次的工作会议。经过7次AVS正式工作会议和3次视频组附加会议，经历一年半的时间，审议了182个提案，先后采纳了41项提案，2003年12月19日AVS视频部分终于定稿。AVS-视频当中具有特征性的核心技术包括：8x8整数变换、量化、帧内预测、1/4精度像素插值、特殊的帧间预测运动补偿、二维熵编码、去块效应环内滤波等。目前的AVS-视频技术可实现标准清晰度（CCIR 601或相当清晰度）、低清晰度（CIF、SIF）等不同格式视频的压缩。实时编解技术是指硬盘录像机能实时将采集的原始数据进行加工，转变成标准的MPEG1或MPEG2格式的图像文件，直接存储到硬盘，中间不会出现数据的积压和丢失；这主要是与电脑刻录相对比的，电脑刻录时，先将原始数据采集好，然后再对数据进行加工转换成标准的MPEG1或MPEG2格式的图像文件。实时编解码技术要求整个系统的速度足够快，否则，则只能通过降低图像的质量，降低数据量来达到要求。超级HAD图像传感器内置应用Super Hole Accumulation Diode(HAD)电子画质提升技术的CCD影像感应器，提高CCD的感应性能及加强数码信号处理功能，有效地于拍摄影像时降噪及减低不必要的干扰，令画面更清晰明丽，色彩层次更分明，对现场光源不足或拍摄夜景时效果尤其显着。白平衡，即White Balance。物体颜色会因投射光线颜色产生改变，在不同光线的场合下拍摄出的图像会有不同的色温。例如以钨丝灯(电灯泡)照明的环境拍出的照片可能偏黄，一般来说，CCD没有办法像人眼一样会自动修正光线的改变。所以通过白平衡的修正，它会按目前画像中图像特质，立即调整整个图像红绿蓝三色的强度，以修正外部光线所造成的误差。有些摄像机除了设计自动白平衡或特定色温白平衡功能外，也提供手动白平衡调整。可变码流编解码技术是指编解码器可根据数据量的大小自动调节带宽，遇到图像变化较快，颜色较丰富时分配的带宽大一些；图像变化较慢，颜色较不丰富时分配的带宽小一些，这样在保证图像录制质量的同时最大限度地节省硬盘了空间。固定码流编解码提供的带宽是固定的，不管数据量的大小，当图像颜色丰富，变化较快时，往往带宽不够而降低录像的质量，看起来图像有点停顿或色彩变样；而图像数据量不大时，提供的带宽有多于，浪费存储空间。像素是衡量摄像头的一个重要指标之一，一些产品都会在包装盒标着30万像素或35万像素。一般来说，像素较高的产品其图像的品质越好。但另一方面也并不是像素越高越好，对于同一个画面，像素越高的产品它的解析图像的能力越强，为了获得高分辨率的图像或画面，它记录的数据量也必然大得多，对于存储设备的要求也就高得多，因而在选择时应注意相关的存储设备。门禁系统是一种全新的出入管理方式：允许具有权限的人进入指定的区域，同时拒绝没有权限的人员。该系统的主角是安装在门侧的读卡器或密码键盘。它们将读到的数据传送到本地控制器，根据事先编制的数据库，确认是否可以通行。 1. 1. 1 摄像部分 摄像部分是电视监控系统的前沿部分，是整个系统的“眼睛”。它布置在被监视场所的某一位置上，使其视场角能覆盖整个被监视的各个部位。有时，被监视场所面积较大，为了节省摄像机所用的数量、简化传输系统及控制与显示系统，在摄像机上加装电动的（可遥控的）可变焦距（变倍）镜头，使摄像机所能观察的距离更远、更清楚；有时还把摄像机安装在电动云台上，通过控制台的控制，可以使云台带动摄像机进行水平和垂直方向的转动，从而使摄像机能覆盖的角度、面积更大。总之，摄像机就像整个系统的眼睛一样，把它监视的内容变为图像信号，传送给控制中心的监视器上。由于摄像部分是系统的最前端，并且被监视场所的情况是由它变成图像信号传送到控制中心的监视器上，所以从整个系统来讲，摄像部分是系统的原始信号源。因此，摄像部分的好坏以及它产生的图像信号的质量将影响着整个系统的质量。从系统噪声计算理论的角度来讲，影响系统噪声的最大因素是系统中的第一级的输出（在这里即为摄像机的图像信号输出）信号信噪比的情况。所以，认真选择和处理摄像部分是至关重要的。如果摄像机输出的图像信号经过传输部分、控制部分之后到达监视器上，那么到达监视器上的图像信号信噪比将下降，这是由于传输及控制部分的线路、放大器、切换器、等又引入了噪声的缘故。 除了上述的有关讨论之外，对于摄像部分来说，在某些情况下，特别是在室外应用的情况下，为了防尘、防雨、抗高低温、抗腐蚀等，对摄像机及其镜头还应加装专门的防护罩，甚至对云台也要有相应的防护措施。2. 1. 1 黑白CCD摄像机的主要参数 在电视监控系统中选择摄像机，一般要看几个主要的参数，即分辨率、最低照度和信噪比等，另外还要考虑摄像机的附带功能及价格和今后服务等因素。以下对摄像机的几个主要参数作一介绍。 A、 CCD尺寸及像素数 CCD尺寸指的是CCD图像传感器感光面的对角线尺寸，早期的CCD尺寸比较大，为lin、2/3in和1/2in等几种，因而近年来用于电视监控摄像机的CCD尺寸以1/3in为主流。像素数指的是摄像机CCD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，有些则组出了前两者的乘积值，如30万像素。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摄像机的分辨率也就越高。例如，在电视监控摄像机中使用的CCD传感器的像素有的已达到48万像素。 B、分辨率 分辨率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380460线之间，广播级摄像机的分辨率则可达到700线左右。C、 低照度 低照度指的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最大相对孔径。例如，使用F1. 2的镜头，当被景物的光亮度值低到0. 04lx时，摄像机输出的视频信号幅值为最大幅值的50%，即达到350mV（标准视频信号最大幅起来 700mV），则称此摄像机的最低照度为0. 04lx/F1. 2。被摄景物的光亮度值再低，摄像要输出的视频信号的幅值就达不到350mV了，反映在监视器的屏幕上，将是一屏很难分辨出层次的、灰暗的图像。参考环境照度：夏日阳光下 100000Lux 阴天室外 10000Lux 电视台演播室 1000Lux 距60W台灯60cm桌面 300Lux 室内日光灯 100Lux 黄昏室内 10Lux20cm处烛光 10-15Lux 夜间路灯 0.1Lux何谓照度？照度（LUX）数值达到多少为低照度？多少数值能适应摄取影像的周围环境？ 最低被照体照度 在摄影机的可辨识范围内，被照体需要一定之明亮度，摄影机才可输出被照体之影像，此明亮度称之为最低被照体照度。各型号摄影机可摄得影像所需之明亮度皆不相同，因此明亮度即成为摄影机感度之标准。最低被照体照度会随着镜头之F值(最大口径比)、光源之色温、被照体之反射率、增益的最大值等条件不同而改变。镜头之F值（最大口径比）将镜头之明亮度数值化光源之色温人类肉眼不可辨识光源之色温数值化被照体之反射率被照体入射光线和反射光线之比率增益的最大值摄影机感度之最大值 镜头之明亮度（F值） F 值即指镜头之明亮度。镜头规格中所显示最大口径比1:1.2之1.2即为F值。F值越小表示镜头之明亮度越高。F值每缩小一级距，明亮度即增加两倍。镜头之射入光量与光束之断面积镜头的有效口径D的平方成比例，因此影像明亮度为F值平方之反比。由此推算，F值每缩小一级距，明亮度即增加两倍。 最低被照体照度之换算方式 摄影机规格记载之最低被照体照度，是使用F1.4镜头所测定之值。实际使用时，根据所组合镜头之F值不同，最低被照体照度也有所不同。在C-CC350摄影机最低被照体照度：3Lx(50IRE)(F1.4)上加装CT-0312G(F1.2)之镜头时，其换算之最低被照体照度为：(3Lx)(1.21.2)/(1.41.4)2.2Lx 使用比 F1.4明亮度更高之镜头（非球面镜头等），最低被照体照度也随之下降，即使是昏暗的物体，摄影机也可清楚地输出被照体之影像。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（Lm）数，也叫做勒克斯（Lux）： 1Lux=1Lm/平方米上式中，Lm是光通量的单位，其定义是纯铂在熔化温度（约1770）时，其1/60平方米的表面面积于1球面度的立体角内所辐射的光量。 为了对照度的量有一个感性的认识，下面举一例进行计算，一只100W的白炽灯，其发出的总光通量约为1200Lm，若假定该光通量均匀地分布在一半球面上，则距该光源1m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212=6.28平方米 距光源1m处的光照度值为： 1200Lm/6.28平方米=191Lux同理、半径为5m的半球面积为:252=157平方米 距光源5m处的光照度值为： 1200Lm/157平方米=7.64Lux 可见，从点光源发出的光照度是遵守平方反比律的。1LUX大约等于1烛光在1米距离的照度，我们在摄像机参数规格中常见的最低照度（MINIMUM.ILLUMINATION），表示该摄像机只需在所标示的LUX数值下，即能获取清晰的影像画面，此数值越小越好，说明CCD的灵敏度越高。同样条件下，黑白摄像机所需的照度远比尚须处理色彩浓度的彩色摄像机要低10倍。一般情况：夏日阳光下为100，000LUX；阴天室外为10000LUX；室内日光灯为100LUX；距60W台灯60CM桌面为300LUX；电视台演播室为1000LUX；黄昏室内为10LUX；夜间路灯为0.1LUX；烛光（20CM远处）1015LUX。D、信噪比及伽玛校正系数 信噪比也是摄像机的一个主要参数。其基本定义是信号对于噪声的比值乘以20log，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摄像机的信噪比的典型值一般为4555dB。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。伽玛校正系数前面提到的值，其典型值为=0. 45。现行摄像机大都采用了固定的值。2. 1. 2 黑白CCD摄像机的附带功能 除了上述介绍的基本参数外，各品牌的摄像机大都还有一些附带的功能，如自动光圈接口、电子快门、自动增益控制、逆光补偿、线锁定同步及外同步等，下面简要介绍一下。 A、电动光圈接口 目前在市场上见到的标准CCD摄像机大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（通常为视频驱动方式），也就是说，它只能配接VD型的自动光圈镜头，有些则可同时提供两种驱动方式（视频驱动和直流驱动）供用户选择，因此，它可以配接任何自动光圈镜头。这里，视频驱动（Video Driver，简称VD）方式是指摄像机将视频信号电平输出到自动光圈镜头的内部，再由其内部的驱动电路输出控制电压，使镜头光圈调整电动机转动；直流驱动（DC Driver，简称DD）方式则是指摄像机内部增加了镜头光圈电动机的驱动电路，可以直接输出直流控制电压到镜头内的光圈电动机并使其转动，因此，具有直流驱动接口的摄像机的成本就稍许高一些（因为增加了一部分电路），但所选配的自动光圈镜头则因其内部不含有驱动电路而体积稍小一些，价格也就低一些。 不同品牌及型号的摄像机所带自动光圈接口的位置及形式是不完全一样。一般摄像机的自动光圈接口设置在机身的后面板上，但也有一些则设在机身的侧面。图2-1示出几种不同形式的自动光圈的接口，其中阴式方四孔接口最为常见，但不同摄像机对其各针脚的定义又不完全相同。一般视频驱动自动光圈接口使用3个针，即电源、视频、接地；而直流驱动自动光圈接口使用4个针，即阻尼正、阻尼负、驱动正、驱动负。若同时具有两种光圈驱动方式，则具体将该接口定义为VD还是DD驱动方式，须由另外的拨动开关来选择（如JETCOM公司的JC系列摄像机），也有的由摄像机盖板内视频处理板上不同的插座位置来选择，并在出厂前设定一种方式（如NATURE的NV-434CA摄像机），还有的干脆在摄像机机身侧面及后面板上直接设定两个不同的自动光圈接口（如JVC的TX-S240E摄像机）。（1）（2）（3）（1）阴式方四孔型（2）阴式圆四孔型（3）接线端子型图2-1摄像机的自动光圈接口B、电子快门 电子快门（Electronic Shutter）是比照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。C、自动增益控制 摄像机输出的视频信号必须达到电视传输规定的标准电平，即。为了能在不同的景物照度条件下都能输出的标准视频信号，必须使放大器的增益能够在较大的范围内进行调节。这种增益调节通常都是通过检测视频信号的平均电平而自动完成的，实现此功能的电路称为自动增益控制电路，简称AGC电路。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。D、背光补偿 背光补偿（Back light Compensation）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。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。E、 线锁定同步 线锁定同步（LINELOCK）是一种利用交流电源来锁定摄像机场同步脉冲的一种同步方式。当图像出现因交流电源造成的网波干扰时，将此开关拨到线锁定同步（LL）的位置，就可消除交流电源的干扰。2. 1. 3 摄像机的使用 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。以下简要介绍摄像机的正确使用方法。 A、安装镜头 摄像机必须配接镜头才可使用，一般应根据应用现场的实际情况来选配合适的镜头，如定焦镜头或变焦镜头、手动光圈镜头或自动光圈镜头、标准镜头或广角镜头或长焦镜头等。另外还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）。B、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。由于光圈较大，景深范围相对较小，对焦距时应尽可能照顾到整个监视现场的清晰度。当现场照度降低时，电子快门将自动调整为慢速，配合较大的光圈，仍可使图像满意。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。C、后焦距的调整 后焦距也称背焦距，指的是当安装上标准镜头（标准C/CS接口镜头）时，能使被摄景物的成像恰好成在CCD图像传感器的靶面上，一般摄像机在出厂时，对后焦距都做了适当的调整，因此，在配接定焦镜头的应用场合，一般都不需要调整摄像机的后焦。 在有些应用场合，可能出现当镜头对焦环调整到极限位置时仍不能使图像清晰，此时首先必须确认镜头的接口是否正确。如果确认无误，就需要对摄像机的后焦距进行调整。根据经验，在绝大多数摄像机配接电动变焦镜头的应用场合，往往都需要对摄像机的后焦距进行调整。后焦距调整的步骤如下：a、将镜头正确安装到摄像机上。b、将镜头光圈尽可能开到最大（目的是缩小景深范围，以准确找到成像焦点）。c、通过变焦距调整（ZoomIn）将镜头推至望远（Tele）状态，拍摄10m以外的一个物体的特写，再通过调整聚焦（Focus）将特写图像调清晰。d、进行与上一步相反的变焦距调整（ZoomOut）将镜头拉回至广角（Wide）状态，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。e、将摄像机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摄像机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。f、重新推镜头到望远状态，看看刚才拍摄的特写物体是否仍然清晰，如不清晰再重复上述第a、b、c步骤。g、通常只需一两个回合就可完成后焦距调整了。h、旋紧内六角螺钉，将光圈调整到适当的位置。2. 2 镜头 镜头是电视监控系统中必不可少的部件，镜头与CCD摄像机配合，可以将远距离目标成像在摄像机的CCD靶面上。 镜头的种类繁多，从焦距上分类，可分为短焦距、中焦距、和焦距和变焦距镜头；从视场的大小分类，可分为广角、标准、远摄镜头；从结构上分类，还可分为固定光圈定焦镜头、手动光圈定焦镜头、自动光圈定焦镜头、手动变焦镜头、自动光圈电动变焦镜头、电动三可变镜头（指光圈、焦距、聚焦这三者均可变）等类型。由于镜头选择得合适与否，直接关系到摄像质量的优劣，因此，在实际应用中必须合理选择镜头。2. 2. 2镜头的种类 镜头的种类有许多种，每一种镜头都有其特点。根据功能与结构的不同，这些镜头的价格相差非常大，如电动变焦镜头要比普通定焦镜头的价格高约10倍，因此，只有正确了解各种镜头的特性，才能更加灵活地选择镜头。A固定光圈定焦镜头 固定光圈定焦镜头是相对较为简单的一种镜头，该镜头上只有一个可手动调整的对焦调整环（环上标有若干距离参考值），左右旋转该环可使成在 CCD靶面上的像最为清晰，此时在监视器屏幕上得到图像也最为清晰。 由于是固定光圈镜头，因此在镜头上没有光圈调整环，也就是说该镜头的光圈是不可调整的，因而进入镜头的光通量是不能通过简单地改变镜头因素而改变，而只能通过改变被摄现场的光照度来调整，如增减被摄现场的照明灯光等。这种镜头一般应用于光照度比较均匀的场合，如室内全天以灯光照明为主的场合，在其他场合则需与带有自动电子快门功能的CCD摄像机合用（当然，目前市面上绝大多数的CCD摄像机均带有自动电子快门功能），通过电子快门的调整来模拟光通量的改变。B、手动光圈定焦镜头 手动光圈定焦镜头比固定光圈定焦镜头增加了光圈调整环，其光圈调整范围一般可从F1. 2或F1. 4到全关闭，能很方便地适应被摄现场的光照度，然而由于光圈的调整是通过手动人为地进行的，一旦摄像机安装完毕，位置固定下来，再频繁地调整光圈就不那么容易了，因此，这种镜头一般也是应用于光照度比较均匀的场合，而在其他场合则也需与带有自动电子快门功能的CCD摄像机合用，如早晚与中午、晴天与阴天等光照度变化比较大的场合，通过电子快门的调整来模拟光通量的改变。C、自动光圈定焦镜头 自动光圈定焦镜头在结构上有了比较大的改变，它相当于在手动光圈定焦镜头的光圈调整环上增加一个由齿轮啮合传动的微型电动机，并从其驱动电路上引出3芯或4芯线传送给自动光圈镜头，至使镜头内的微型电动机相应做正向或反向转动，从而高速光圈的大小。自动光圈镜头又分为含放大器（视频驱动型）与不含放大器（直流驱动型）两种规格。D、手动变焦镜头 顾名思义，手动变焦镜头的焦距是可变的，它有一个焦距调整环，可以在一定范围内调整镜头的焦距，其变比一般为23倍，焦距一般在3. 68 mm。在实际工程应用中，通过手动调节镜头的变焦环，可以方便地选择监视现场的视场角，如：可选择对整个房间的监视或是选择对房间内某个局部区域的监视。当对于监视现场的环境情况不十分了解时，采用这种镜头显然是非常重要的了。对于大多数电视监控系统工程来说，当摄像机安装位置固定下来后，再频繁地手动变焦是很不方便的，因此，工程完工后，手动变焦镜头的焦距一般很少再去调整，而仅仅起到定焦镜头的作用。因而手动变焦镜头一般用在要求较为严格而用定焦镜头又不易满足要求的场合。但这种镜头却受到工程人员的青睐，因为在施工调试过程中使用这种镜头，通过在一定范围的焦距调节，一般总可以找到一个可使用户满意的观测范围（不用反复更换不同焦距的镜头），这一点在外地施工中尤为显得方便。E、自动光圈电动变焦镜头 此种镜头与前述的自动光圈定焦镜头相比另外增加了两个微型电动机，其中一个电动机与镜头的变焦环啮合，当其受控而转动时可改变镜头的焦距（Zoom）；另一个电动机与镜头的对焦环啮合，当其受控而转动时可完成镜头的对焦（Focus）。由于该镜头增加了两个可遥控调整的功能，因而此种镜头也称作电动两可变镜头。 自动光圈电动变焦镜头一般引出两组多芯线，其中一组为自动光圈控制线，其原理和接法与前述的自动光圈定焦镜头的控制线完全相同；另一组为控制镜头变焦及对焦的控制线，一般与云台镜头控制器及解码器相连。当操作远程控制室内云台镜头控制器及解码器的变焦或对焦按钮时，将会在此变焦或对焦的控制线上施加一个或正或负的直流电压，该电压加在相应的微型电动机上，使镜头完成变焦及对焦调整功能1.镜头的种类(根据应用场合分类) 广角镜头：视角90度以上，观察范围较大，近处图像有变形。 标准镜头：视角30度左右，使用范围较广。 长焦镜头：视角20度以内，焦距可达几十毫米或上百毫米。 变焦镜头：镜头焦距连续可变，焦距可以从广角变到长焦，焦距越长成像越大。 针孔镜头：用于隐蔽观察，经常被安装在如天花板或墙壁等地方。2.被摄物体的大小、距离与焦距的关系 设被摄物体的高度和宽度分别为H、W，被摄物体与镜头间的距离为D，镜头的焦距为f。靶面成像的高度和宽度分别为h、w，则计算公式如下： f=hD/H f=wD/W根据上述公式，也可以很容易地计算出视场角，下表为靶面尺寸和成像大小对照表 靶面规格 1 2/3 1/2 1/3 h 9.6mm 6.6mm 4.8mm 3.6mm w 12.8mm 8.8mm 6.4mm 4.8mm3.相对孔径 为了控制通过镜头的光通量的大小，在镜头的后部均设置了光圈。假定光圈的有效孔径为d，由于光线折射的关系，镜头实际的有效孔径为D，比d大，D与焦距f之比定义为相对孔径A，即A=D/f，镜头的相对孔径决定被摄像的照度，像的照度与镜头的相对孔径的平方成正比，一般习惯上用F=f/D，即相对光径的倒数来表示镜头光圈的大小。F值越小，光圈越大，到达CCD芯片的光通量就越大。所以在焦距f相同的情况下，F值越小，表示镜头越好。4.镜头的焦距1)定焦距：焦距固定不变，可分为有光圈和无光圈两种。 有光圈：镜头光圈的大小可以调节。根据环境光照的变化，应相应调节光圈的大小。光圈的大小可以通过手动或自动调节。人为手工调节光圈的，称为手动光圈；镜头自带微型电机自动调整光圈的，称为自动光圈。 无光圈：即定光圈，其通光量是固定不变的。主要用光源恒定或摄像机自带电子快门的情况。2)变焦距：焦距可以根据需要进行调整，使被摄物体的图像放大或缩小。 常用的变焦镜头为六倍、十倍变焦。 三可变镜头：可调焦距、调聚焦、调光圈。 二可变镜头：可调焦距、调聚焦、自动光圈。5.选配镜头原则 为了获得预期的摄像效果，在选配镜头时，应着重注意六个基本要素： A)被摄物体的大小 B)被摄物体的细节尺寸 C)物距 D)焦距 E)CCD摄像机靶面的尺寸 F)镜头及摄像系统的分辨率 注释：变焦镜头-焦平面的位置固定，而焦路可连续调节的光学系统。变焦是通过移动镜头内部的镜片，改变它们之间的相对位置而实现的。这样就可以在一定范围内改变镜头的焦距长度和视角。焦距-透镜中心或其第二主平面到图像聚集点处的距离。单位一般为毫米或英寸。光圈-位于摄像机镜头内部分的、可以调节的光学机械性阑也，可用来控制通过镜头的光线的多少。自动光圈-镜头内的隔膜装置，可根据电视摄像机传来的视频信号自行调节，以适应光照强度的变化。光圈隔膜通过打开或关闭光圈来控制通过镜头传送的光线。典型的补偿范围是10000-1到300000-1。 镜头是摄像机的眼睛，正确选择镜头以及良好的安装与调整是清晰成像的第一步。当前，13镜头是应用的主流，自动光圈镜头销售量最多，变焦镜头是应用发展的趋势。 1)应依据摄像机到被监视目标的距离，来选择定焦镜头(Fixed Focal Lens)的焦距。 从焦距上区分有短焦距广角镜头、中焦距标准镜头、长焦距远镜头。镜头焦距通常用值来表示，镜头光圈一般用F表示，F取值以镜头的焦距和通光孔径d的比值来衡量，F=f/d，每个镜头上均标有其最大的F值。2)摄像机的镜头规格应与摄像机CCD靶面尺寸(12为6.4hX4.8、13为4.8hX3.6、14为3.2hX2.4)相对应。如果镜头尺寸与摄像机CCD靶面尺寸不一致时，观察角度将不符合设计要求，或者发生画面在焦点以外等问题。3)摄像机的水平视觉度数及垂直视觉度数与摄像机CCD靶面尺寸hX及镜头焦距f之间有如下关系：水平视觉度数=2arctan (h2f)； 垂直视觉度数=2arctan (/2f)。4)镜头有自动光圈(auto iris)和手动光圈(manual iris)之分。自动光圈用于被照物光线变化较多场合，手动光圈用于被照物光线稳定之处。 自动光圈镜头有二种驱动方式： 一类为视频输入型Video driver(with Amp)，它将一个视频信号及电源从摄像机输送到透镜来控制镜头上的光圈，这种视频输入型镜头内包含有放大器电路，用以将摄像机传来的视频信号转换成对光圈马达的控制， 另一类称为DC输入型(DC driverno Amp)，它利用摄像机上的直流电压来直接控制光圈，这种镜头内只包含电流计式光圈马达，摄像机内没有放大器电路。二种驱动方式产品不具可互换性，但现已有通用型自动光圈镜头推出。5)镜头安装有C型和CS型两种，C型安装的镜头在CCD摄像机与镜头间多了5mm调整光圈值的环。C型安装的摄像机可用CS型镜头，但CS安装的摄像机不能使用C型镜头。Philips公司推出革命性的Wizard镜头安装向导，保证镜头与摄像机的完全兼容，这使得在任何环境下都可得到最优图像。6)变焦镜头由于在一个镜头内能够使镜头焦距在一定范围内变化，因此可以使被监控的目标放大或缩小。典型的光学放大规格有诸如620倍等不同档次，并以电动缩放镜头(Zoom Lens)应用最普遍。按变焦镜头参数可调整的项目划分有： 三可变镜头光圈、聚焦、焦距均需人为调节。 二可变镜头通常是自动光圈镜头，而聚焦和焦距需人为调节。 单可变镜头一般是自动光圈和自动聚焦的镜头，而焦距需人为调节。7)缩放/变焦镜头(Vari Focal Lens)是变焦镜头配合缩放镜头功能，焦距连续可变，可将远距离物体放大，又可提供一个宽广视景，使监视宽度增加。日本Kowa公司提供从1.63.4mm的宽角度镜头到15.0300mm的远距镜头。8)除传统的球面镜头外，新一代的是非球面镜头(Aspherical Lens)，镜片研磨的形状为抛物线、二次曲线、三次曲线或高次曲线，并且在设计时就考虑到了镜头的相差、色差、球差等校正因素，通常一片非球面镜片就能达到多个球面镜片矫正像差的效果，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，镜头体积也相应缩小。非球面镜头具有变倍高、物距短、光圈大的特点。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，因此应用领域日渐宽广。日本AVENIA的非球面镜头产品SSV0770，近摄距离可到30cm，光圈值也可到F1.6，变焦范围可从7.070mm，变倍率高达十倍，可用于电视监控等领域。闭路监控基础知识：图像和图形知识1.有关色彩的基本常识我们知道，只要是彩色都可用亮度、色调和饱和度来描述，人眼中看到的任一彩色光都是这三个特征的综合效果。那么亮度、色调和饱和度分别指的是什么呢？ 亮度：是光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉，它与被观察物体的发光强度有关； 色调：是当人眼看到一种或多种波长的光时所产生的彩色感觉，它反映颜色的种类，是决定颜色的基本特性，如红色、棕色就是指色调； 饱和度：指的是颜色的纯度，即掺入白光的程度，或者说是指颜色的深浅程度，对于同一色调的彩色光，饱和度越深颜色越鲜明或说越纯。通常我们把色调和饱和度通称为色度。 现在你该明白了，亮度是用来表示某彩色光的明亮程度，而色度则表示颜色的类别与深浅程度。除此之外，自然界常见的各种颜色光，都可由红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色光按不同比例相配而成；同样绝大多数颜色光也可以分解成红、绿、蓝三种色光，这就形成了色度学中最基本的原理-三原色原理(RGB)。2.目前常见的图形（图像）格式一般来说，目前的图形（图像）格式大致可以分为两大类：一类为位图；另一类称为描绘类、矢量类或面向对象的图形（图像）。前者是以点阵形式描述图形（图像）的，后者是以数学方法描述的一种由几何元素组成的图形（图像）。一般说来，后者对图像的表达细致、真实，缩放后图形（图像）的分辨率不变，在专业级的图形（图像）处理中运用较多。在介绍图形（图像）格式前，我们实在有必要先了解一下图形（图像）的一些相关技术指标:分辨率、色彩数、图形灰度。 分辨率：分为屏幕分辨率和输出分辨率两种，前者用每英寸行数表示，数值越大图形（图像）质量越好；后者衡量输出设备的精度，以每英寸的像素点数表示； 色彩数和图形灰度：用位（bit）表示，一般写成2的n次方，n代表位数。当图形（图像）达到24位时，可表现1677万种颜色，即真彩。灰度的表示法类似；下面我们就通过图形文件的特征后缀名（就是如图.bmp这样的）来逐一认识当前常见的图形文件格式：BMP、DIB、PCP、DIF、WMF、GIF、JPG、TIF、EPS、PSD、CDR、IFF、TGA、PCD、MPT。 BMP（bit map picture）:PC机上最常用的位图格式，有压缩和不压缩两种形式，该格式可表现从2位到24位的色彩，分辨率也可从480x320至1024x768。该格式在Windows环境下相当稳定，在文件大小没有限制的场合中运用极为广泛。 DIB(device independent bitmap):描述图像的能力基本与BMP相同，并且能运行于多种硬件平台，只是文件较大。 PCP（PC paintbrush）:由Zsoft公司创建的一种经过压缩且节约磁盘空间的PC位图格式，它最高可表现24位图形（图像）。过去有一定市场，但随着JPEG的兴起，其地位已逐渐日落终天了。 DIF（drawing interc