监控基础知识应知应会 - 图文(8)

2019-01-19 18:16

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摄像机、电刷、高性能电机)几乎全部依赖进口。

一体化智能球形摄像机作为监控系统的前端设备,成像是否清晰、聚焦是否准确迅速是个极其关键性指标,而这又取决于产品所选用的第一个关键部件“一体化摄像机”。

目前全世界范围内球机生产厂家比较认可的一体化摄像机品牌是:日立(HITACHI)、索尼(SONY)、三洋(SANYO)。这些一级品牌的一体化摄像机,以色彩正、聚焦灵敏、质量稳定、使用寿命长(100万次以上)而著称,显示分辨率在470线左右,是球机市场大多数知名品牌厂家的首选。

次一级的一体化摄像机品牌以韩国为主:三星(SAMSUNG)、喜恩碧、LG等。相对于一级品牌的一体化摄像机而言,这些摄像机基本存在一定的色偏(或者偏红,或者偏蓝),聚焦速度也要比前者慢上20~50%左右,但质量稳定,显示分辨率也是470线左右,是韩国球机厂家的主要选择,也是国内一般球机厂家或仿冒国外品牌球机厂家的选择。

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。

2.1.4.4 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。

2.1.4.5 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

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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。

2.1.4.6 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。

2.1.4.1 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,

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连带的提高一体化摄像机的制造成本。

2.1.4.2 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。 1) 电刷

一体化球形摄像机的第二个关键部件就是电刷。它是一体化球机在进行360度连续旋转的同时准确无误地传递视频信号、控制信号的保证。从稳定性和可靠性而言,以美国的品牌为最好,其电刷内部采用金质结构,能确保一千万次以上的寿命。而国内某些球机厂家自行研发的电刷,因为无法很好地解决散热问题(利用黄油来散热,一旦黄油耗损完毕,散热不匀将导致电刷损坏)以及耐磨损问题(受原材料成本和工艺限制,没有使用金质材料,易导致信号传递的可靠性没有保证),一般寿命只有几十万次,这和一千万次相比是完全不同数量级的概念。 2) 电机

一体化球形摄像机的第三个关键部件是电机及其相应的机械结构和控制技术。这是驱动一体化球机云台进行水平和垂直运动的动力源泉,球机设计的难点也在此。目前业界流行使用的电机有2大系列:直流电机和步进电机。 3) 直流电机

从控制的角度来说,直流电机在球机处于静止状态时,电机线圈中几乎没有任何工作电流。直流电机的这种特性,导致直流电机几乎没有什么热损耗,寿命相对较长,一般有10年以上的寿命;若要控制直流电机驱动云台转动,则既要计算球机从当前位置启动的加速度,也要考虑球机将要停在下一个位置的减速度,此外还考虑电机的输出力矩,以保证球机的平稳转动,对控制器的设计要求极高。目前世界上只有寥寥几家生产商掌握该技术,深圳市艾立克电子有限公司是其中之一。 4) 步进电机

步进电机工作原理决定了它使用脉冲计数的方式进行驱动,属于离散控制系统。若要控制球机从当前位置旋转到下一位置,在匀速控制方式下,只需计算出两个位置之间的步数差即可。相对而言,控制比较简单。目前比较广泛使用的1.8度或0.9度机械步距角的电机,只要设计好步距角微分电路(比如16微分、32微分、64微分或128微分),就可进行精确角度控制。对于机械步距角相同的步进

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电机,微分步数越高,控制精度就越高,微分电路的设计难度也就越大。但是必须注意一点:由于步进电机采用微分脉冲技术控制旋转角度和速度,即使球机处于静止状态,为了保持电机的当前位置,电机中必须时刻保留一定的工作电流。因此,步进电机云台存在很大的热耗,电机的寿命自然受到影响。一般说来,步进电机球机寿命仅有3—5年左右。目前比较通用的散热方法是在球罩内增加风扇,以便在球罩内形成良好的空气循环散热系统。这种方式虽然在一定程度上有助于改善步进电机散热,但是一旦风扇出现故障,由于球罩采用密封结构设计,会出现因局部过热导致球机损坏。使用PELCO球机的用户可能对此深有体会。

2.1.4.3 球机优势与不足

相对与传统的摄像机、镜头、云台、防护罩、解码器组合,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。

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。

2.1.4.4 球机未来发展趋势

在整个监控行业往数字化、智能化、网络化发展的大趋势下,一体化智能快球也不例外,就目前球机业界的情况来看,有以下几个趋势:

1) 支持网络传输和网络控制的网络快球(IP快球)

2) 直接支持双绞线传输或光纤传输,更适合未来智能建筑和ITS智能交通的应用

3) 在功能上更加智能化和人性化,如增加面部图像识别和自动跟踪,可应用于在公众场合监控

和追捕逃犯;如增加语音自动定位,可应用于视频会议系统

4) 在外观设计上,随着集成度的提高,小型化和多样化外观造型设计,使得球机安装会更方便,

和使用环境配合得也会更具隐蔽性。

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2.1.5 IPC摄像机 2.1.5.1

IPC定义

网络摄像机,也叫IP摄像机,即IP Camera,简称IPC,近几年得益于网络宽带、芯片技术、算法技术、存储技术的进步而得到大力发展。

IPC的特点主要体现在“IP”上,即支持网络协议的摄像机,IPC可以看成是“模拟摄像机+视频编码器”的结合体,从图像质量指标讲,又可实现高于“模拟摄像机+视频编码器”能达到的效果。IPC是新一代网络视频监控系统中的核心硬件设备,通常采用嵌入式架构,继承了视屏音频采集、信号处理、编码压缩、智能分析、缓冲存储及网络传输等多种功能,再结合录像系统及管理平台,就可以构建成大规模、分布式的智能网络视频监控系统。

从实现的功能来讲,IPC相当于“模拟摄像机+视频编码器(DVS)”构成的联合体,但从设备构成角度讲,IPC与“模拟摄像机+ DVS”的联合体是有本质区别的,IPC从视频采集、编码压缩到网络传输,所有环节都可以实现全数字化,而“模拟摄像机+DVS”联合体需要经过多次模/数转换过程,即IPC才是真正的纯数字化设备,这是二者的本质区别,也因此导致“模拟摄像机+DVS”的联合体的图像技术指标无法与IPC相比。IPC本身可以看作是镜头、摄像机、视频采集卡、计算机、操作系统、软件、网卡等多元素的集合体。

IPC是真正的即插即用设备,可以部署在局域网,也可以部署在互联网环境中,允许用户通过浏览器在网络任何位置对摄像机的视频进行显示及控制,这种相对于独立的工作模式使得IPC既适合大规模视频监控系统应用,也可以独立分散地应用在如商店/学校/家庭等分布式、需要远程视频监控的环境中。

IPC应用示意

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