视频监控系统的调研报告(4)

2019-09-01 16:15

构建系统及联网比较困难的缺点。

3.2代示意图

第3.3代:现场采用网络监控产品包括:网络摄像机、网络高速球、网络视频接入器等,它们的输出即为全数字信号并直接上网传输与控制。多采用嵌入式结构,现场无需PC机支持;

3.3代示意图

这一代系统又是称为嵌入式视频监控系统,其特点在于:

a、布控区域广阔 嵌入式视频Web服务器监控系统的Web服务器直接连入网络,没有线缆长度和信号衰减的限制,同时网络是没有距离概念的,彻底抛弃了地域的概念,扩展布控区域。

b、系统具有几乎无限的无缝扩展能力 所有设备都以IP地址进行标识,增

加设备只是意味着IP地址的扩充。

c、可组成非常复杂的监控网络 采用基于嵌入式Web服务器为核心的监控系统, 在组网方式上与传统的模拟监控和基于PC平台的监控方式有极大的不同, 由于Web服务器输出已完成模拟到数字的转换并压缩,采用统一的协议在网络上传输,支持跨网关、跨路由器的远程视频传输。

d、性能稳定可靠,无需专人管理 嵌入式Web服务器实际上基于嵌入式电脑技术, 采用嵌入式实时多任务操作系统, 又由于视频压缩和Web功能集中到一个体积很小的设备内,直接连入局域网或广域网,即插即看,系统的实时性、稳定性、可靠性大大提高,也无需专人管理,非常适合于无人值守的环境。

e、当监控中心需要同时观看较多个摄像机图像时,对网络带宽就会有一定的要求。

第3章 产品介绍

3.1 摄像部分

摄像部分是视频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。

3.1.1 摄像机

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,新型的低成本 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,在电视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,在各商家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。

3.1.1.1 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 380~460 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。

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 45~55dB 。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。

伽玛校正系数前面提到的γ值,其典型值为γ =0. 45 。现行摄像机大都采用了固定的 γ 值。

3.1.1.2 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。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)。

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


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