视频监控系统的调研报告(5)

2019-09-01 16:15

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( LINE LOCK )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。

3.1.1.3 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( Zoom In )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( Zoom Out )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。

3.1.2 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。

3.1.2.1 镜头的参数

镜头的光学特性包括成像尺寸、焦距、相对孔径和视场角等几个参数,一般在镜头所附的说明书中都有注明,以下分别介绍。

A 、成像尺寸

镜头一般可分为 25. 4mm ( lin )、 16. 9mm ( 2/3in )、 12. 7mm ( 1/2in )、 8.47mm ( 1/3in )和 6.35mm ( 1/4in )等几种规格,它们分别对应着不同的成像尺寸,选用镜头时,应使镜头的成像尺寸与摄像机的靶面尺

寸大小相吻合。表 2-1 列出了几种常见 CCD 芯片的靶面尺寸,表中单位为 mm 。

规格

1\2/3\1/2\1/3\1/4\

25.4 4.5

16.9

12.7

8.47

6.35

CCD 感光靶面尺寸 对角线 16 11 8 垂直 水平

6

9.6 6.6 4.8 3.6 2.7 12.7

8.8 6.4 4.8 3.6

表 2-1 几种常见 CCD 芯片的靶面尺寸

由表 2-1 可知, 12. 7mm ( 1/2in )的镜头应配 12. 7mm ( 1/2in )靶面的摄像机,当镜头的成像尺寸比摄像机靶面的尺寸大时,不会影响成像,但实际成像的视场角要比该镜头的标称视场角小(参见图 2-2 ),而当镜头的成像尺寸比摄像机靶面的尺寸小时,就会影响成像,表现为成像的画面四周被镜筒遮挡,在画面的 4 个角上出现黑角。

B 、焦距

在实际应用中,经常会有用户提出该摄像机能看清多么远的物体或该摄像机能看清多么宽的场景等问题,这实际上由所选用的镜头的焦距来决定,因为焦距决定了摄取图像的大小,用不同焦距的镜头对同一位置的某物体摄像时,配长焦距镜头的摄像机所摄取的景物尺寸就大,反之,配短焦距镜头的摄像机所摄取的景物尺寸就小。当然,被摄物体成像的清晰度还与所选用的 CCD 摄像机的分辨率及监视器的分辨率有关。

理论上,任何一种镜头均可拍摄很远的物体,并在 CCD 靶面上成一很小的像,但受 CCD 单元(像素)物理尺寸的限制,当成像小到小于 CCD 传感器的一个像素大小时,便不再能形成被摄物体的像,即使成像有几个像素大小,该像也难以辨识为何物。

当已知被摄物体的大小及该物体到镜头距离,则可根据下两式估算所选取配镜头的焦距:

f=hD/H f=vD/V

式中, D 为镜头中心到被摄物体的距离; H 和 V 分别为被摄物体的水

平尺寸和垂直尺寸; v 为靶面成像的高度; h 为靶面成像的水平宽度。

成像场景的大小与成像物体的显示尺寸是互相矛盾的,举个例子来说,用同一支摄像机对同一个停车场进行监视,选用短焦距镜头可以对整个停车场的全景进行监视并看到出入口外的车辆进出,但却不能看清该辆车的牌照号码(该车在监视器屏幕上仅占据了很小的面积);而选用长焦距镜头虽可以看清该辆车的牌照号码(该车占据了屏幕上的大部分面积),却又不能监视到整个停车场的全貌。因此当需要既监视全景以要看清局部时,一般应考虑配用电动两可变或电动三可变镜头。当然,在选定了镜头的前提下,选用高分辨率的摄像机及监视器则可以在被监视物体成像尺寸较小时也能看清局部细节。

C 、相对孔径

为了控制通过镜头的光通量大小,在镜头的后部均设置了光阑(俗称光圈)。假定光阑的有效孔径为 d ,由于光线折射的关系,镜头实际的有效孔径为 D , 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于被摄像的照度,像的照度 E 与镜头的相对孔径平方成正比,一般习惯上用相对孔径的倒数来表示镜头光阑的大小,即

F=f/D

式中, F 一般称为光栏 F 数,标注在镜头光栏调整圈上,其标值为 1.4、2、2.8、4、 5.6、8、11、16、22 等序列值,每两个相邻数值中,后一个数值是前一个数值的倍。由于像面照度与光栏的平方成正比,所以光栏每变化一档,像面亮度就变化一倍。 F 值越小,光栏越大,到达摄像机靶面的光通量就越大。

D 、视场角

镜头有一个确定的视野,镜头对这个视野的高度和宽度的张角称为视场角。视场角与镜头的焦距 f 及摄像机靶面尺寸(水平尺寸 h 及垂直尺寸 v )的大小有关,镜头的水平视场角 ah 及垂直视场角 av 可分别由下式来计算,即

ah=2arctg ( h/2f ) av=2arctg ( v/2f )

由以上两式可知,镜头的焦距 f 越短,其视场角越大,或者,摄像机靶面尺寸 h 或 v 越大,其视场角也越大。如果所选择的镜头的视场角太小,可能会


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