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闭路电视监控系统

业主卡 2019-09-27 571人围观 ,发现0个评论

闭路电视监控系统

电视监控系统的前端设备通常由摄像机、手动或电动镜头、云台、防护罩、监听器、报警探测器和多功能解码器等部件组成,它们各司其职,并通过有线、无线或光纤传输媒介与中心控制系统的各种设备建立相应的联系(传输视/音频信号及控制、报警信号)。在实际的电视监控系统中,这些前端设备不一定同时使用,但实现监控现场图像采集的摄像机和镜头是必不可少的。

1 摄像机的工作原理与分类

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的摄像机仍为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(

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。

严格来说,摄像机是摄像头和镜头的总称,而实际上,摄像头与镜头大部分是分开购买的,用户根据目标物体的大小和摄像头与物体的距离,通过计算得到镜头的焦距,所以每个用户需要的镜头都是依据实际情况而定的。

摄像头的主要传感部件是CCD,它具有灵敏度高、畸变小、寿命长、抗震、抗磁场、体积小、无残影等特点,CCD是电耦合器件(Charge Couple Device)的简称,它能够将光线变为电荷并可将电荷存储及转移,也可将存储的电荷取出使电压发生变化,因此是理想的摄像元件。

1.CCD的工作原理

被摄物体反射光线,传播到镜头,经镜头聚焦到CCD芯片上,CCD根据光的强弱积聚相应的电荷,经周期性放电,产生表示一幅幅画面的电信号,经过滤波、放大处理,通过摄像头输出端子输出一个标准的复合视频信号。这个标准的视频信号同家用的录像机、VCD摄像机的视频输出是一样的,所以也可以录像或接到电视机上观看。

2,CCD摄像机的选择和分类

CCD芯片就像人的视网膜,是摄像头的核心。目前我国尚无制造能力,市场上大部分摄像头采用的是日本SONY,SHARP、松下等公司生产的芯片,韩国也有能力生产如LG,但质量就要稍逊一筹。因为芯片生产时产生不同等级,各厂家获得途径不同等原因,造成CCD采集效果也大不相同。在购买时,可以采取如下方法检测:接通电源,连接视频电缆到监视器,关闭镜头光圈,看图像全黑时是否有亮点,屏幕上雪花大不大,这些是检测CCD芯片最简单直接的方法,而且不需要其他专用仪器。然后可以打开光圈,看一个静物,如果是彩色摄像头,最好摄取一个色彩鲜艳的物体,查看监视器上的图像是否偏色、扭曲,色彩或灰度是否平滑。好的CCD可以很好地还原景物的色彩,使物体看起来清晰自然;而残次品的图像就会有偏色现象,即使面对一张白纸,图像也会显示蓝色或红色。个别CCD由于生产车间的灰尘,CCD靶面上会有杂质,在一般情况下,杂质不会影响图像,但在弱光或显微摄像时,细小的灰尘也会造成不良的后果,如果摄像机用于此类工作,一定要仔细挑选。

(1)依成像色彩划分

>彩色摄像机:适用于景物细部辨别,如辨别衣着或景物的颜色。

黑白摄像机:适用于光线不充足区域及夜间无法安装照明设备的区域,在仅监视景物的位置或移动时,可选用黑白摄像机。

(2)依分辨率灵敏度划分

影像像素在38万以下的为一般型,其中尤以25万像素(512×492)、分辨率为400线的产品最普遍;影像像素在38万以上的为高分辨率型。

(3)按CCD靶面大小划分

CCD芯片已经开发出多种尺寸,目前采用的芯片大多数为1/3英寸和1/4英寸。在购买摄像头时,特别是对摄像角度有比较严格的要求时,CCD靶面的大小,CCD与镜头的配合情况将直接影响视场角的大小和图像的清晰度。具体包括:1英寸--靶面尺寸为宽12.7 mm×高9.6 mm,对角线16 mm;2/3英寸--靶面尺寸为宽8.8 mm×高6.6 mm,对角线11 mm;1/2英寸-靶面尺寸为宽6.4 mm×高4.8 mm,对角线8mm;1/3英寸-靶面尺寸为宽4.8 mm×高3.6 mm,对角线6 mm:1/4英寸-靶面尺寸为宽3.2 mm×高

2.4 mm,对角线4 mm

(4)按扫描制式划分

按扫描制式可划分为PAL制和NTSC制。中国采用隔行扫描(PAL)制式(黑白为CCIR),标准为625行,50场,只有医疗或其他专业领域才用到一些非标准制式。另外,日本为NTSC制式(黑白为EIA),525行,60场。

(5)按供电电源划分

按供电电源分为110VAC,220VAC,24VAC,12VDC或9VDC(微型摄像机多属此类)

几种类型。

(6)按同步方式划分

内同步:用摄像机内同步信号发生电路产生的同步信号来完成操作。

外同步:使用一个外同步信号发生器,将同步信号送入摄像机的外同步输入端。

功率同步(线性锁定,line lock):用摄像机AC电源完成垂直推动同步。

>外VD同步:将摄像机信号电缆上的VD同步脉冲输入完成外VD同步。

多台摄像机外同步:对多台摄像机固定外同步,使每一台摄像机可以在同样的条件下作业,因各摄像机同步,这样即使其中一台摄像机转换到其他景物,同步摄像机的画面亦不会失真。(7)按照度划分

>普通型:正常工作所需照度为1~3 LUX(勒克斯)。

月光型:正常工作所需照度0.1 LUX左右。

>星光型:正常工作所需照度0.01 LUX以下。

>红外型:采用红外灯照明,在没有光线的情况下也可以成像。

(8)按外观分

按外观分为机板型、针孔型、半球型。

3,CCD彩色摄像机的主要技术指标

(1)CCD尺寸(即摄像机靶面)

原多为12英寸,现在1/3英寸的已普及化,14英寸和1/5英寸也已商品化。

(2)CCD像素

这是CCD的主要性能指标,它决定了显示图像的清晰程度,分辨率越高,图像细节的表现越好。CD由面阵感光元素组成,每一个元素称为像素,像素越多,图像越清晰。现在大多以38万像素为划界,38万像素以上者为高清晰度摄像机。

(3)水平分辨率

彩色摄像机的典型分辨率是在320到500电视线之间,主要有330线、380线、420线、

460线、500线等不同档次。分辨率是用电视线(简称线TV LINES)来表示的,彩色摄像头的分辨率在330~500线之间。分辨率与CCD和镜头有关,还与摄像头电路通道的频带宽度直接相关,通常规律是1 MHz的频带宽度相当于清晰度为80线。频带越宽,图像越清晰线数值相对越大。(4)最小照度

最小照度也称为灵敏度。是CCD对环境光线的敏感程度,或者说是CCD正常成像时所需要的最暗光线。照度的单位是勒克斯(LUX),数值越小,表示需要的光线越少,摄像头也越灵敏。月光级和星光级等高增感度摄像机可工作在很暗条件下,2~3LUX属一般照度,现在也有低于1 LUx的普通摄像机问世。

(5)扫描制式

有PAL制和NTSC制之分。

(6)摄像机电源

交流电源有220 V,110v.24V之分,直流为12V或9v.

(7)信噪比

信噪比典型值为46 dB,若为50dB,则图像有少量噪声,但图像质量良好;若为60dB,则图像质量优良,不出现噪声。

(8)视频输出

视频输出多为1Vpp,75 32,均采用BNC接头。

(9)镜头安装方式

镜头安装有C和CS方式,二者间不同之处在于感光距离不同。

8.3.2 CCD摄像机的主要参数

电视监控系统中摄像机的选择,一般要看几个主要参数,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、价格和售后服务等因素。以下对摄像机的几个主要参数作介绍。

1.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1英寸、2/3英寸和1/2英寸等几种,因而近年来用于电视监控摄像机的CCD尺寸以1/3英寸为主流。

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500(高)×582(宽),有些则给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面积越小,因而由该芯片构成的摄像机分辨率也就越高。

2.分辨率

分辨率是衡量摄像机优劣的一个重要参数,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。

3,最低照度

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,当被摄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350 mV(标准视频信号最大幅值为700 mV),则称此摄像机的最低照变为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350 mV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。

4,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取对数后乘以20,单位为分贝(dB),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45~55 dB.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。伽玛校正系数是前面提到的y值,其典型值为y-0.455,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。

(1)自动光圈接口

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,其中有些只提供种驱动方式(通常为视频驱动方式),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,可以配接任何自动光圈镜头。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。

(2)电子快门

电子快门(Electronic Shutter)是比较照相机的机械快门功能提出的一个术语,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。

(3)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。为了能在不同的景物照度条件下都能输出标准视频信号,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。

(4)背光补偿

背光补偿(Back-light Compensation)也称做逆光补偿或逆光补正,它可以有效地补偿摄像机在逆光环境下拍摄时画面主体黑暗的缺陷。

(5)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。

8.3.3 镜头的主要参数与选择

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、长焦距和变焦距镜头;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。

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。

(1)成像尺寸

镜头一般可分为25.4 mm(1英寸)、16.9mm(2/3英寸)、12.7 mm(12英寸)、8.47mm

(1/3英寸)和6.35 mm(14英寸)等几种规格,它们分别对应不同的成像尺寸,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8.5列出了几种常见CCD芯片的靶面尺寸,表中单位为mm。

表8.5 几种常见CCD芯片的靶面尺寸

表8.5 几种常见CCD芯片的靶面尺寸

(2)焦距

在实际应用中,经常会有用户提出该摄像机能看清多远的物体或该摄像机能看清多宽的场景等问题,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的距离时,可根据下列两式估算出选取配镜头的焦距:FhDIHFvD/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。

(3)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/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

FID式中,F一般称为光阑F数,标注在镜头光阑调整圈上,其标值为1.4,2,2.8,4,5.6,8,11,1 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v2倍。由于像面照度与光阑的平方成正比,所以光阑每变化一挡,像面亮度就变化一倍。F值越小,光阑越大,到达摄像机靶面的光通量就越大。

(4)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/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an及垂直视场角a,可分别由下式来计算,即

an=2arctan(h/20

a.=2arctan(v2p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,可能会因出现监视死角而漏监;而若所选择的镜头的视场角太大,又可能造成被监视的主体画面尺寸太小,难以辨认,且画面边缘出现畸变。因此,只有根据具体的应用环境选择视场角合适的镜头,才能保证既不出现监视死角,又能使被监视的主体画面尽可能大而清晰。

表8.8列出了几种常用镜头的水平视场角,表中参数以日本精工系列镜头为参考。

表8.6 几种常用镜头的水平视场角

表8.6 几种常用镜头的水平视场角

图8.32为不同焦距镜头所对应的视场角示意图(设所用镜头均配接12英寸靶面CCD摄像机)。


图8.32不同焦距镜头所对应的视场角

图8.32不同焦距镜头所对应的视场角

在实际应用中,经常听到有用户提出诸如某摄像机能够“看多远”之类的问题,比如100 m、500m甚至1 km远外的物体还能否在监视器上清晰地显示出来。有了前面关于镜头的成像尺寸、焦距及视场角等概念后,这个问题就不难解释了,即“看多远”问题与许多因素有关。比如说,用某定焦镜头可以看清100m远处的钞票的面值。一般来说,镜头焦距越长,“看”得就越远,但同时视场角却变小,结果观看的范围变窄了。

(5)接口

镜头的安装方式有C型安装和CS型安装两种。在电视监控系统中常用的镜头是C型安装镜头,这是一种国际公认的标准。这种镜头安装部位的口径是25.4 mm,从镜头安装基准面到焦点的距离是17.526mm。大多数摄像机的镜头接口则做成CS型,因此将C型镜头安装到CS接口的摄像机时需增配一个5mm厚的接圈,而将CS镜头安装到CS接口的摄像机时就不需接圈。

在实际应用中,如果误对CS型镜头加装接圈后安装到CS接口摄像机上,会因为镜头的成像面不能落到摄像机的CCD靶面上而不能得到清晰的图像,而如果对C型镜头不加接圈就直接接到CS接口摄像机上,则可能使镜头的后镜面碰到CCD靶面的保护玻璃,造成CCD摄像机的损坏,这一点在实用中需特别注意。

2.镜头的种类

镜头有许多种类,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。

(1)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),当左右旋转该环使CCD靶面上的呈像最清晰时,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,通过电子快门的调整来模拟光通量的改变。

(2)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操作的,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。

(3)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,使镜头内的微型电动机相应地作正向或反向转动,从而高速调整光圈的大小。

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。

(4)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2~3倍,焦距一般为3.6~8 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E%)

5)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,因而此种镜头也称做电动两可变镜头。

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。图8.33为该镜头控制线的接线图。

图8.3 自动光圈电动变焦镜头控制线的接线图

图8.3 自动光圈电动变焦镜头控制线的接线图

6)电动三可变镜头

此种镜头与前述电动两可变镜头结构相差不多,只是将对光圈调整电动机的控制由自动控制方式改为由控制器来手动控制,因此它也包含了3个微型电动机,引出一组6芯控制线与云台镜头控制器及解码器相连。常见的有6倍、10倍和12倍等几种规格。图8.34为该镜头控制线的接线图。

需要说明的是,变焦镜头的“倍率”与焦距是两个不同的概念,有些人往往混淆两者的含义,认为倍率越高则看得越远。其实,倍率是变焦镜头的最长焦距与最短焦距之比,是一个相对值。例如,同样是6倍镜头,市面上常见的就有6~36 mm,7~42 mm,8~48 mm和

8.5~51 mm等多种不同厂家的不同品种,其中8.5~51 mm镜头的远视特性显然比6~36 mm镜头的远视特性要好,但它的近视(广角)特性却不如6~36mm镜头好。

3.镜头的分类

按外形功能分为:球面镜头、非球面镜头、针孔镜头、鱼眼镜头。

按尺寸大小分为:1英寸镜头、12英寸镜头、13英寸镜头、2/3英寸镜头。

按光圈分为:自动光圈镜头、手动光圈镜头、固定光圈镜头。按变焦类型分为:电动变焦镜头、手动变焦镜头、固定焦距镜头。

按焦距长矩分为:长焦距镜头、标准镜头、广角镜头。

图8.34 电动三可变镜头控制线的接线图

图8.34 电动三可变镜头控制线的接线图

(1)以镜头安装分类

所有的摄像机镜头均是螺纹口的,CCD摄像机的镜头安装有两种工业标准,即C安装座和CS安装座。两者螺纹部分相同,但两者从镜头到感光表面的距离不同。C安装座:从镜头安装基准面到焦点的距离是17.526 mm.CS安装座:特种C安装,此时应将摄像机前部的垫圈取下再安装镜头,其镜头安装基准面到焦点的距离是12.5 mm。如果要将一个C安装座镜头安装到一个Cs安装座摄像机上时,则需要使用镜头转换器

(2)以摄像机镜头规格分类

摄像机镜头规格应视摄像机的CCD尺寸而定,两者应相对应。即当摄像机的CCD靶面大小为1/2英寸时,镜头应选1/2英寸。当摄像机的CCD靶面大小为1/3英寸时,镜头应选1/3英寸。当摄像机的CCD靶面大小为14英寸时,镜头应选14英寸。如果镜头尺寸与摄像机CCD靶面尺寸不一致,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)以镜头光圈分类

镜头有手动光圈(manual iris)和自动光圈(auto iris)之分,配合摄像机使用,手动光圈镜头适合于亮度不变的应用场合,自动光圈镜头因亮度变更时其光圈作自动调整,故适用亮度变化的场合。自动光圈镜头有两类:一类是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,称为视频输入型;另一类则利用摄像机上的直流电压来直接控制光圈,称为DC输入型。自动光圈镜头上的ALC(自动镜头控制)调整用于设定测光系统,可以以整个画面的平均亮度,也可以以画面中最亮部分(峰值)来设定基准信号强度,供自动光圈调整使用。一般而言,ALC已在出厂时经过设定,可不作调整,但是当拍摄景物中包含-

个亮度极高的目标时,明亮目标物之影像可能会造成“白电平削波”现象,而使得全部屏幕变成白色,此时可以调节ALC来变换画面。另外,自动光圈镜头装有光圈环,转动光圈环时,通过镜头的光通量会发生变化,光通量即光圈,一般用F表示,其取值为镜头焦距与镜头通光口径之比,即:F=f(焦距)/D(镜头实际有效口径),F值越小,则光圈越大。采用自动光圈镜头,对于下列应用情况是理想的选择,如在太阳光直射等非常亮的情况下,用自动光圈镜头可有较宽的动态范围;要求在整个视野有良好的聚焦时,用自动光

圈镜头有比固定光圈镜头更大的景深;要求在亮光上因光信号导致的模糊最小时,应使用白动光圈镜头。

(4)以镜头的视场大小分类

>标准镜头:视角30"左右,在1/2英寸CCD摄像机中,标准镜头焦距定为12mm,在1/3英寸CCD摄像机中,标准镜头焦距定为8mm

>广角镜头:视角90。以上,焦距可小于几毫米,可提供较宽广的视景。

>远摄镜头:视角20"以内,焦距可达几米甚至几十米,此镜头可在远距离情况下将拍摄的物体影响放大,但使观察范围变小。

>变倍镜头(zoom lens):也称为伸缩镜头,有手动变倍镜头和电动变倍镜头两类。

可变焦点镜头(vari-focus lens):它介于标准镜头与广角镜头之间,焦距连续可变,即可将远距离物体放大,同时又可提供一个宽广视景,使监视范围增加。变焦镜头可设置自动聚焦于最小焦距和最大焦距两个位置,但是从最小焦距到最大焦距之间的聚焦,则需通过手动聚焦实现。

针孔镜头:镜头直径几毫米,可隐蔽安装。

(5)从镜头焦距上分

>短焦距镜头:因入射角较宽,可提供一个较宽广的视野。>中焦距镜头:标准镜头,焦距的长度视CCD的尺寸而定。

>长焦距镜头:因入射角较狭窄,故仅能提供狭窄视景,适用于长距离监视。

>变焦距镜头:通常为电动式,可做广角、标准或远望等镜头使用。

4,选择镜头的技术依据

(1)镜头的成像尺寸

应与摄像机CCD粑面尺寸相一致,如前所述,有1英寸,2/3英寸、1/2英寸、13英寸、

1/4英寸、1/5英寸等规格。

(2)镜头的分辨率

描述镜头成像质量的内在指标是镜头的光学传递函数与畸变,但对用户而言,需要了解的仅仅是镜头的空间分辨率,以每毫米能够分辨的黑白条纹数为计量单位,计算公式为:镜头分辨率N-180/画幅格式的高度。由于摄像机CCD视面大小已经标准化,如1/2英寸摄像机,其靶面为宽6.4 mmX高4.8 mm,1/3英寸摄像机为宽4.8 mm×高3.6 mm。因此对于1/2英寸格式的CCD靶面,镜头的最低分辨率应为38对线/mm,对1/3英寸格式的摄像机,镜头的分辨率应大于50对线,摄像机的靶面越小,镜头的分辨率越高。

(3)镜头焦距与视野角度

首先根据摄像机到被监控目标的距离,选择镜头的焦距,镜头焦距厂确定后,则由摄像机靶面决定视野。(4)光圈或通光量

镜头的通光量以镜头的焦距和通光孔径的比值来衡量,以F为标记,每个镜头上均标有其最大的F值,通光量与F值的平方成反比关系,F值越小,则光圈越大。所以应根据被监控部分的光线变化程度来选择手动光圈镜头还是自动光圈镜头。

5、变焦镜头(z00m lens)

变焦镜头有手动伸缩镜头和自动伸缩镜头两大类。伸缩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,所以也常被称为变倍镜头。

典型的光学放大规格有6倍(6.0-~36 mm,F1.2),、8倍(4.5~36 mm,F1.6),10倍(8.0~

80 mm,F1.2),12倍(6.0~72 mm,F1.2),20倍(10~200 mm,F1.2)等档次,并以电动伸缩镜头应用最普遍。为增大放大倍数,除光学放大外还可施以电子数码放大。在电动伸缩镜头中,光国的调整有三种,即:自动光圈、直流驱动自动光圈、电动调整光圈。其聚焦和变倍的调整,只有电动调整和预置两种,电动调整是由镜头内的马达驱动,而预置则是通过镜头内的电位计预先设置调整停止位,这样可以免除成像必须逐次调整的过程,可精确与快速定位。在球形罩一体化摄像系统中,大部分采用带预置位的伸缩镜头。另一项令用户感兴趣的则是快速聚焦功能,它由测焦系统与电动变焦反馈控制系统构成。

6,镜头与摄像机CCD尺寸的关系

12英寸镜头既可用于12英寸摄像机,也可用于1/3英寸摄像机,但视角会减少25%左右。1/3英寸镜头不能用于1/2英寸摄像机,只能用于13英寸摄像机。

7,不同种类镜头的应用范围

(1)手动、自动光圈镜头的应用范围

手动光圈镜头是最简单的镜头,适用于光照条件相对稳定的条件下,手动光圈由数片金属薄片构成。光通量靠镜头外径上的一个环调节。旋转此圈可使光圈收小或放大。在照明条件变化大的环境中或不是用来监视某个固定目标时,应采用自动光圈镜头,比如在户外或人工照明经常开关的地方,自动光圈镜头的光圈的动作由马达驱动,马达受控于摄像机的视频信号。手动光圈镜头和自动光圈镜头又有定焦距(光圈)镜头和电动变焦距镜头之分。手动光圈镜头,可与电子快门摄像机配套,在各种光线下均可使用。自动光圈镜头可与任何CCD摄像机配套,在各种光线下均可使用,特别适用于被监视表面亮度变化大、范围较大的场所。

为了避免引起光晕现象和烧坏靶面,一般都配白动光圈镜头。

(2)定焦距(光圈)镜头

一般与电子快门摄像机配套,适用于室内监视某个固定目标的场所。定焦距镜头一般又分为长焦距镜头、中焦距镜头和短焦距镜头。中焦距镜头是焦距与成像尺寸相近的镜头。焦距小于成像尺寸的称为短焦距镜头,短焦距镜头又称广角镜头,该镜头的焦距通常是28mm以下的镜头,短焦距镜头主要用于环境照明条件差,监视范围要求宽的场合。焦距大于成像尺寸的称为长焦距镜头,长焦距镜头又称望远镜头,这类镜头的焦距一般在150 mm以上,主要用于监视较远处的景物。

(3)电动变焦距镜头

可与任何CCD摄像机配套,在各种光线下均可使用,变焦距镜头通过遥控装置来进行光对焦、光圈开度、改变焦距大小。

8.3.4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。

1,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(只有在后焦距调整完毕后才需要最后校正其平衡状态)。

2,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。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),此时镜头调整完毕。随后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,电子快门也已经处于最慢(1/50 s)状态,成像就可能昏暗、不清楚。

3,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CICS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,对后焦距都作了适当的调整,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距。

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:>将镜头正确安装到摄像机上。

>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)。

>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。

>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距调整。

>将摄像机前端用于固定后焦距调节环的内六角螺钉旋松,并旋转后焦距调节环(对没有后焦距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。

>重新推镜头到塑远状态,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一、二、三步骤。

>通常只需一两个回合就可完成后焦距调整了。>旋紧内六角螺钉,将光圈调整到适当的位置。

8.3.5云台与防护罩

1.云台

云台是承载摄像机进行水平和垂直两个方向转动的装置。云台内装有两个电动机。这两个电动机一个负责水平方向的转动,另一个负责垂直方向的转动。水平转动的角度一般为350",垂直转动则有±45"、±35、+75"等。水平及垂直转动的角度大小可通过限位开关进行调整。云台可简单可分为:室内用云台,承重小,没有防雨装置;室外用云台,承重大,有防雨装置。有些高档的室外云台除有防雨装置外,还有防冻加温装置。

在选用云台时除了区分室内用云台及室外用云台之外,还应注意以下几个方面。

(1)承重

为适应不同摄像机及防护罩的安装,云台的承重应是不同的。应根据选用的摄像机及防护罩的总重量来选用合适承重的云台。室内用云台的承重量较小,云台的体积和自重也较小。室外用云台因为肯定要在它的上面安装带有防护罩(往往还是全天候防护罩)的摄像机,所以承重量都较大,它的体积和自重也较大。

目前出厂的室内用云台承重量为1.5~7kg,室外用云台承重量为7~50kg。还有些云台是微型云台,比如与摄像机一起安装在半球型防护罩内或全天候防护罩内的云台。

(2)控制方式

一般的云台均属于有线控制的电动云台,控制线的输入端有5个,其中1个为电源的公共端,另外4个分为上、下、左、右控制端。如果将电源的一端接在公共端上,电源的另端接在“上”时,则云台带动摄像机头向上转,其余类摊。

还有的云台内装继电器等控制电路,这样的云台往往有6个控制输入端。1个是电源的公共端,另4个是上、下、左、右端,还有1个则是自动转动端。当电源的一端接在公共端,电源另一端接在“自动”端时,云台将带动摄像机头按一定的转动速度进行上、下、左、右的自动转动。

在电源供电电压方面,目前常见的有交流24 V和220 V两种。云台的耗电功率,一般是承重量小的功耗小,承重量大的功耗大。

在选用云台时,最好选用在云台固定不动的位置上安装有控制输入端及视频输入、输出端接口的云台,并且在固定部位与转动部位之间(即与摄像机之间)有用软螺旋线形成的摄像机及镜头的控制输入线和视频输出线的连线。这样的云台安装使用后不会因长期使用导致转动部分的连线损坏,特别是室外用的云台应更注意。

2.防护罩

防护罩是使摄像机在有灰尘、雨水、高低温等情况下正常使用的防护装置。防护罩一般分为两类。一类是室内用防护罩,这种防护罩结构简单,价格便宜。其主要功能是防止摄像机落尘并有一定的安全防护作用,如防盗、防破坏等。室外防护罩一股为全天候防护,即无论刮风、下雨、下雪、高温、低温等恶劣情况,都能使安装在防护罩内的摄像机正常工作。因而这种防护罩具有降温、加温、防雨、防雪等功能。同时,为了在南雪天气仍能使摄像机正常摄取图像,一般在全天候防护罩的玻璃窗前安装可控制的雨刷。

目前较好的全天候防护罩是采用半导体器件加温和降温的防护罩。这种防护罩内装有半导体元件,即可自动加温,也可自动降温,并且功耗较小

8.3.6解码器

在具体的闭路电视监控系统工程中,解码器属于前端设备,它一般安装在配有云台及电动镜头的摄像机附近,有多芯控制电缆直接与云台及电动镜头相连,另有通信线(通常为两芯护套线或两芯屏蔽线)与监控室内的系统主机相连。解码器不能单独使用,而必须与矩阵控制系统配合使用同一系统中可能有多台解码器,所以每个解码器上都有一个拨码开关,它决定了该解码器在该系统中的编号(即ID号),在使用解码器时首先必须对拨码开关进行设置。在设置时,必须跟系统中的摄像机编号一致。例如,当摄像机的信号连接到系列主机第一视频输入口即CAM1时,相对应的解码器的编号应设为1.

解码器具有自检功能,即不需远端主机的控制,直接在解码器上操作拨码开关,通过测试云台及电动镜头的工作是否正常来判断连线是否正确,同时镜头电压可在6v,8v,10v.

12 V之间进行选择,以适应不同的镜头电源

解码器在通信正确时,通信指示灯闪亮,因此很容易判断此解码器与系统主机连线是否正确。解码器的原理框如图8.35所示。

图8.35解码器的原理框图

图8.35解码器的原理框图

解码器还具有回传数据信号的功能,因而在实际应用中可以将各类报警探头等前端设备直接接于监控现场的解码器上。报警探头发出的报警信号可在前端解码器内编码后经由RS-485通信总线回传到中心控制端的系统主机,这样在实际工程施工中即可省去从前端监控现场到中心控制端的报警连线,从而大大减小施工难度,也减少了工程线缆的用量及成本。

8.3.7 云台镜头控制器

在不配系统主机的小型电视监控系统中,如果前端摄像机配有云台及电动镜头,或者在室外应用中配有带雨刷的室外防护罩,或者系统还要求控制监视现场的照明灯等辅助设备,就必须配有操纵云台、电动镜头动作及辅助设备开关启闭的控制器,如图8.36所示。这种控制器一般受面板按键的控制,输出交流电压(对云台)或直流电压(对电动镜头)到云台或电动镜头的控制电压输入端,使云台或电动镜头作相应动作。在某些应用场合,系统中可能只用了水平或全方位云台,因而控制器仅需对云台进行控制,而在其他应用场合,系统中可能同时用到了云台及电动镜头,或者还用到了某些辅助设备,因而控制器既要对云台进行控制,也要对电动镜头进行控制,还需要对辅助设备进行控制。

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图8.36具有云台、电动镜头及控制器的小型系统

云台控制器按控制路数可分为单路控制器和多路控制器两种,图8.37为单路水平云台控制器原理图。

在图中,SB,为自锁按钮开关,用于云台自动扫描或手动控制扫描的切换,SB2、SB;为非自动锁按钮开关,交流电压的一端直接接到控制器的输出端口2(公共端)。当SB,处于常态(未被按下)时,继电器K不吸合,交流电压的另一端(称为扫描端或自动端)通过继电器K的常闭点加到SB2、SB3的一端,此时,按下SB2或SB3的按钮,便可将这一交流电压输出到控制器的输出端口3或4,使水平云台作向左或向右方向的旋转。

当自动扫描按钮SB,被按下时,继电器K吸合工作,交流电压的扫描端通过继电器K的吸合触点加到控制器的输出端口1,使水平云台作自动扫描运动。此时,SB2或SBs按钮的通路被继电器K切断,不再起作用。图8.38为单路全方位云台控制器原理图。

图8.37 单路水平云台控制器原理图

图8.37 单路水平云台控制器原理图

图8.38 单路全方位云台控制器原理图

图8.38 单路全方位云台控制器原理图

SB4、SB5两个控制按钮,它们不经过继电器而直接与交流电压输入端相连,因此,无论是在自动方式还是手动方式下(即无论SB1是否按下),按下SB4或SB5按钮即可使云台在垂直方向上作向上或向下的转动。

8.3.8视频放大器

视频信号经同轴电缆作长距离传输后会造成一定的衰减,特别是高频部分衰减尤为严重。一般用SYV-75-5的同轴电缆传输视频信号的最远距离为400m左右,用SYV-75-3电缆为300 m左右。虽然超过这一距离后(如400 m)仍可看到较为稳定的图像,但图像的边缘部分已变得模糊。因此,当进行长距离视频信号传输时,必须经过中间放大。

视频放大器与普通放大器的区别主要是带宽不同,理论上的视频信号下限频率为0Hz,标称上限频率高达6MHz。实际视频放大器带宽一般都为100~10 000 000 Hz,且要求通带平坦。SP6111放大器的带宽达20MHz,增益为20 dB左右,可用于克服同轴电缆在远距离传输时对视频信号所造成的衰减。

由于在长距离传输时,视频信号的高频成分损耗最大,所以在对视频信号进行均匀放大的同时,还特别要对其高频部分进行补偿。否则,在监视器屏幕上看到的视频图像的轮廓部分将变得模糊不清,如果图像内容有细密的竖条,则这些竖条会变成灰蒙蒙的一片。图8.39表示了视频信号带宽与图像清晰度的关系。

图8.39 视频信号带宽与图像清晰度的关系

图8.39 视频信号带宽与图像清晰度的关系

8.3.9视频分配器

视频分配器可以将一路视频信号均匀分配为多路视频信号,以供给多台监视器或录像机等后续视频设备同时使用。经分配器输出的每一路视频信号仍保证与输入的信号格式相同,即6 MHz视频带宽、1 V(峰-峰值)电压、75 22输出阻抗,其中信号电压0.7 v、同步头电压0.3 V,它不能以简单的并联方式来分配,因为简单的并联会改变节点处的特性阻抗,但信号仍会衰减6dB.

视频分配器是指对单一的视频信号进行分配,输出与输入相同的4路视频信号。图8.40为单路1分4视频分配器的原理框图。


图8.40单路1分4视频分配器原理框图

图8.40单路1分4视频分配器原理框图

由图可见,输入的视频信号经4个缓冲器的参数是一致的,因此可以保证各个输出端口的视频信号彼此独立且信号格式完全一致。

8.3.10报警接口箱

报警接口箱接入报警探头,并将报警信号通过RS-485通信线回传给系统主机。当主机扫描到报警探头发生了报警时,联动该现场图像的切换,显示在监视器上,同时将报警信号送到其他外设。原理框图如图8.41所示。

图8.41 报警接口箱原理框图

图8.41 报警接口箱原理框图

报警处理中心时时刻刻地监控每一路报警探头送来的报警信号,并把报警信号与预先设定的基准值进行比较,以判别报警探头是否触发了报警,如有了报警信号,报警处理中心把报警信息通过RS-485通信线传送给系统主机,由系统主机完成报警场面的调看,并控制外部设备,如录像机的录像、灯光打开、响警号等。

1,报警探头与摄像机的对应关系

在有的CCTV系统主机中,报警输入口探头与摄像机出入口是一对应的,即第一路报警探头对应第一号摄像机,第二路报警探头对应第二号摄像机,依次类推。而系统主机可以通过菜单设置,将多个探头与多个摄像机建立对应关系。例如,某房间有一个摄像机,同时有红外线探头、门磁开关及紧急按钮等3个不同类型的报警装置,将这些报警装置与该摄像机建立对应关系后,无论是哪一个报警装置发生报警,都会使系统主机将报警现场的该摄像机画面切换到主监视器上以便于观看,或进行录像,如图8.42所示。

图8.42 设置不同的报警单元

图8.42 设置不同的报警单元

2,报警探头与报警接口箱的连接

报警接口箱在实际的应用当中,必须与相应的系统主机配套使用,不能单独使用。布防、撤防都在系统主机中进行。报警接口箱与系统主机之间的连接是通过RS-485通信线。报警接口箱与探头的连接,报警探头输出一般是开关量,连接如图8.43所示。

image.png图8.43 报警接口箱与探头的连接

图8.43 报警接口箱与探头的连接

如果报警探头平时是常开的如K1,接线时应该把2.2 k2电阻和探头线并接在报警输入端口上,相反,如果报警探头平时是常闭的K2,接线时,应该把2.2k2电阻与报警探头线串联起来,接入报警輸入端口上。

报警接口箱不能单独进行操作,具体操作应在系统主机中,具体内容参见相应主机说明。

8.3.11 电视监控信号的传输

电视监控系统的前端设备与中心端设备通过传输系统建立联系,该系统一方面将前端摄像机、监听头、报警探测器或数据传感器捕获的视音频信号及各种控测数据传往中心端;另一方面将中心端的各种控制指令传往前端多功能解码器等受控对象。因此,传输系统应该是双方向的。在大多数的情况下,传输系统都是通过不同的单方向传输介质来实现的,例如,用同轴电缆传输按多工(Multiplexing)方式处理的视音频及控制信号。最新的传输概念则是借用已有的通信传输线路或借助计算机网络来传输电视监控信号,在这种情况下,往往要用到专用的信号格式转换、传输或接入设备。

1,直接电缆传输

直接电缆传输是最基本的传输方式。在局域闭路电视监控系统中,由前端设备到中心控制室的距离通常都是在1km以内,从前端设备到中心控制室之间一般通过电缆直接连接。其中由摄像机输出的视频信号采用同轴电缆连接,由监听头输出的音频信号采用2芯屏蔽线连接,由于报警探测器输出的是开路或短路的开关量信号,可通过普通(非屏蔽)2芯线连接。而由中心控制主机发出的控制指令则通过2芯屏蔽双绞线与前端解码器连接。图8.44表示从前端到中心端所采用的基本连接方式。其中视、音频信号电缆为一对一连接,报警传感或其他数据传输一般采用一对一连接进入系统主机;有些系统的报警传感器也可以一对一地连接到前端解码器或报警接口箱并通过解码器或报警接口箱的通信总线连接到系统主机(如SP8092可以接入16个报警开关量信号,SP8060或SP80600可以接入1个报警开关量信号).

这种连接方式取决于系统主机的报警信号响应方式,可以有效节省汇总在中心控制室的线缆的数量。而传输控制指令的通信线采用总线式连接,即各解码器或报警接口箱就近接入通信总线,只需一根通信线在中心控制室汇总即可。另外,由前端解码器到云台及电动镜头之间还需采用较短的多芯电缆连接。

图8.44 从前端到中心端所需的各种电缆

图8.44 从前端到中心端所需的各种电缆

2,视频电缆及连接器

视频电缆选用75 2的同轴电缆,通常使用的电缆型号为SYV-75-3和SYV-75-5,它们对视频信号的无中继传输距离一般为300~500 m,当传输距离更长时,可相应选用SYV-75-7、SYV-75-9或SYV-75-12的粗同轴电缆,也可考虑使用视频放大器。一般来说,传输距离越长则信号的衰减越大,而当视频信号被衰减得不足以被监视器等视频设备捕捉到时,图像便不能稳定地显示了。

视频信号实际所能传输的距离与同轴电缆的质量及所用的摄像机及监视器有关。当摄像机输出电阻、同轴电缆特性阻抗、监视器输入电阻这3个量不能完全匹配时,就会在同轴电缆中造成回波反射(驻波反射),因而长距离传输时会使图像出现重影及波纹,甚至使图像跳动(因同步头被衰减或回波反射都可能使图像产生跳动),因此,在实际工程中,尽可能一根电缆一贯到底,中间不留接头,因为中间接头很容易改变接点处的特性阻抗,还会引入插入损耗。以某一电视监控系统的布线为例,其仓库周界边线长应达400 m,有几个远端摄像机到主控室的距离达到了800~1100 m的范围(因防火因素,线缆不能从仓库中心穿过,只能沿围墙布设),本工程事先定制了SYV-75-7和SYV-75-9两种超长电缆(配上线滚轴),实际施工时是开着汽车沿周界进行布线的(同时以总线方式布设了通信控制电缆及电源线),每一根都直接引到了主控室,没有使用视频放大器,也得到了较好的图像质量。

选用粗同轴电缆并配用视频放大器虽然可能有效延长视频信号的传输距离。但是当传输距离远远超过1 km时,单纯地靠增加视频放大器的数量便不那么奏效了。这是因为随着距离的增加及放大器数量的增多,视频信号经多次放大后,其叠加的噪声也同样经过了多次放大,而噪声叠加的结果使得噪声电平与视频信号电平几乎处在同一个数量级上,此时在监视器屏幕上看到的视频图像可能是在一片杂乱的背景噪声(噪点)中,甚至被背景噪声(噪点)

所淹没。在这种情况下,只好采用光纤传输或微波传输

视频电缆与设备的连接通常为BNC连接器(俗称Q9接头及座),个别设备也有选用RCA连接器(即莲花插头及座),还有些系统选用射频传输常用的F头(有螺纹可旋紧)。当接头与座的规格不一致时,可以用转换器进行转换,如BNC-RCA转换器或RCA-BNC转换器。

顺便指出,在大中型电子配件市场上,无论是不同规格的转换还是“公”、“母”头的转换,几乎所有形式的转换器都可以找到。

3,音频、通信及控制电缆

音频、通信及控制电缆都是非同轴电缆,其中音频及通信电缆为2芯线而控制电缆为10芯线。显然,它们传输的信号内容不同,但电缆的类型却可以是相同的。特别是:音频及通信电缆通常可选为同样的2芯屏蔽电缆。在非干扰环境下,也可选为非屏蔽双绞线,如在综双线(4对8芯)

(1)音频电及连接器

音频电缆通常选用2芯屏蔽线,虽然普通2芯线也可以传输音频,但长距离传输时易引入干扰噪声。在一般应用场合下,屏蔽层仅用于防止干扰,并于中心控制室内的系统主机处单端接地,但在某些应用场合,也可用于信号传输,如用于立体声传输时的公共地线(2芯线分别对应于立体声的两个声道)。常用的音频电缆有RVVP-2/0.3或RVVP-2/0.5。

很多工程单位在承接诸如超市或宾馆、写字楼等电视监控工程项目的同时可能还会兼做公共广播(背景音乐)工程,也需要布设音频电缆。但公共广播系统的声音传输方式采用的是高压(120V)定压方式传输,其音频电缆采用总线式布线,因此这与监控系统中用于将监听头的音频信号传到中控室的点对点式布线方式截然不同。由于采用了高压小电源传输,因此采用非屏蔽的2芯电缆即可,如RVV-2/0.5等。

音频电缆与设备的连接通常为RCA连接器,专业音频设备通常采用卡依连接器,个别设备也有选用普通6.5 mm或3.5 mm的杰克插头/座的。公共广播系统的音频电缆则一般不需要专门的连接器,而是直接将电缆连接到音箱或功放设备的接线柱上。

(2)通信电缆

通信电缆指的是接于系统主机与解码器之间的2芯电缆,可以选用普通的2芯护套线般来说,带有屏蔽层的对绞两芯线抗干扰性能要好些,更适合于强干扰环境下的远距离传输。可选用的通信线如RVVP-2/0.15或RVVP-2/0.3等选择通信电缆的基本原则是距离越长,线径越粗。例如,RS-485通信规定的基本通信距离是1200 m,但在实际工程中选用RVV-2/1.5的护套线,可以将通信扩展到2000m以上。

当通信线过长时,需使用RS-485通信中继器。将控制信号放大整形。否则,长距离通信控制指令便不能被解码器稳定地接收或根本不能接收。

(3)控制电缆

控制电缆通常指的是用于控制云台及电动三可变镜头的多芯电缆,它一端连接于控制器或解码器的云台、电动镜头控制接线端,另一端则直接接到云台、电动镜头的相应端子上。一般距离很短,基本上不存在干扰问题,因此不需要使用屏蔽线。常用的控制电缆大多采用6芯电缆或10芯电缆,如RVV-6/0.2,RVV-10/0.12等。其中6芯电缆分别接于云台的上、下、左、右、自动、公共6个接线端。10芯电缆除了接云台的6个接线端外,还包括电动镜头的变倍、聚焦、光圈、公共4个接线端

在电视监控系统中,从摄像机到解码器的空间距离比较短(通常都在几米范围内),因此从解码器到云台及电动镜头之间的控制电缆一般不作特别要求;而由控制器到云台及电动镜头的距离少则几十米,多则几百米,在这样的监控系统中,对控制电缆就需有一定的要求,即线径要粗,如选用RVV-10/0.5或RVV-10/0.75等。

4)电源线

电视监控系统中的电源线一般都是单独布设,在监控室安置总开关,以对整个监控系统直接控制。一般情况下,电源线是按交流220 v布线,在摄像机端再经适配器转换成直流12 V,这样做的好处是可以采用总线式布线且不需很粗的线,当然在防火安全方面要符合规范(穿钢管或阻燃PVC管),并与信号线间隔一定距离

有些小系统也可采用12V直接供电的方式,即在监控室内用一个大功率的直流稳压电源对整个系统供电。在这种情况下,电源线就需要选用线径较粗的线,且距离不能太长,否则系统不能正常工作。

8.3.12 系统主机/矩阵切换

系统主机是大中型电视监控系统的核心设备,它通常是将系统控制单元与视频矩阵切换器集成为一体,简称系统主机,系统主机的主要任务是实现多路视/音频信号的选择切换(输出到指定的监视器或录像机)并在视频信号上叠加时间、日期、视频输入号及标题、监视状态等重要信息在监视器上显示,并通过通信线对指定地址的前端设备(云台、电动镜头、雨刷、照明灯或摄像机电源等)进行各种控制。

系统运行时,系统主机中微处理器通过扫描通信端口检查是否有从控制面板、主控键盘、副控键盘、报警接口箱、多媒体传来的控制指令,还会扫描主机本身报警接口板是否有报警输出。当控制面板或控制键盘上有键被按下时,微处理器可正确判断该按键的功能含义,并向相应控制电路发出控制指令信号。例如,向视频矩阵切换器中的多路模拟开关芯片发出8-4-2-1选通码使其选通指定通道摄像机的视频信号输入,同时在该路视频信号上叠加字符,然后将该路输入信号在指定的输出口输出、显示。如系统主机同时含有内置(或外挂)音频

矩阵切换器,则同样的控制码还可将选定摄像机外所对应的监听头的声音信号一并选定,并送到与上述视频输出通道编号相同的音频矩阵输出端口,使视频信号与音频信号同步切换。如果控制键盘发出的是对于前端设备的控制指令(含有地址码信息),则该指令经编码后通过双绞线传送到远端指定地址的解码器。解码器经过通信接口芯片收到系统主机传来的控制指令后对其进行解码,解出主控端的命令,使解码器内的相应继电器吸合,输出相应的控制信号(电压量或开关量)至指定的外接设备,使外接设备作出与主控端指令相符合的动作。这些受控的外接设备包括云台、电动三可变镜头、室外防护罩的雨刷器及除霜器、摄像机的电源、红外灯或其他可控制设备。

报警接口箱、多媒体将报警信号控制指令通过RS-485通信线回传到系统主机,因此系统主机在扫描通信端口时不仅要判断是否有分控键盘的控制指令,还要判断是否有报警接口箱送来的报警信息,如有则联动该现场图像的切换,并把报警信息传送给多媒体。

控制键盘是集成监控系统中必不可少的设备,对于摄像机画面的选择切换、对于云台及电动镜头的全方位控制、对于室外防护罩的雨刷及辅助照明灯的控制等必须通过对控制键盘的操作来实现。

在控制键盘上一般有很多数字键及功能键,其中数字键用于选择摄像机输入及监视器输出,功能键则用于对选定的前端设备进行各种控制操作,面板键盘、主控键盘允许对系统进行编程设置。在控制键盘上通常还设有LED显示屏或液晶显示屏,用于显示控制指令或系统内各监视点的工作状态。

一个系统只有一个主控键盘,但可以有若干分控键盘,其中分控键盘往往是放置于各主管领导的办公室内,用于对整个电视监控系统进行远端控制操作。

8.3.13 典型的电视监控系统

典型的电视监控系统主要由前端设备和后端设备这两大部分组成,其中后端设备可进一步分为中心控制设备和分控制设备。前、后端设备有多种构成方式,它们之间的联系(也可称做传输系统)可通过电缆、光纤或微波等多种方式来实现。如图8.45所示,电视监控系统由摄像机部分(有时还有麦克)、传输部分、控制部分以及显示和记录部分四大块组成。在每一部分中,又包含更加具体的设备或部件。

image.png图8.45 电视监控系统的基本组成

图8.45 电视监控系统的基本组成

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。当被监视场所面积较大时,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。摄像机将监视的内容变为图像信号,传送到控制中心的监视器上。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。从整个系统来讲,摄像部分是系统的原始信号源,摄像部分的好坏以及它产生的图像信号的质量将影响整个系统的质量。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)信号信噪比的数值。所以,认真选择和处理摄像部分是至关重要的。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,传输部分

传输部分就是系统的图像信号通路。一般来说,传输部分单指传输图像信号。但是,由于某些系统中除图像外,还要传输声音信号,同时,由于需要有控制中心通过控制台对摄像机、镜头、云台、防护罩等进行控制,因而在传输系统中还包含控制信号的传输,所以这里所讲的传输部分,通常是指所有要传输的信号形成的传输系统的总和。

如前所述,传输部分主要传输的内容是图像信号。因此重点研究图像信号的传输方式及传输中的有关问题。对图像信号的传输,重点要求是在图像信号经过传输系统后,不产生明显的噪声、失真(色度信号与亮度信号均不产生明显的失真),保证原始图像信号(从摄像机输出的图像信号)的清晰度和灰度等级没有明显下降等。这就要求传输系统在衰减、引入噪声、幅频特性和相频特性等方面有良好的性能。

在传输方式上,目前电视监控系统大多采用视频基带传输方式。如果在摄像机距离控制中心较远的情况下,也采用射频传输方式或光纤传输方式。对以上这些不同的传输方式,所使用的传输部件及传输线路都有较大的不同。

3,控制部分

控制部分是实现整个系统功能的指挥中心。控制部分主要由总控制台(有些系统还设有副控制台)组成。总控制台中主要的功能有:视频信号放大与分配、图像信号的较正与补偿、图像信号的切换、图像信号(或包括声音信号)的记录、摄像机及其辅助部件(如镜头、云台、防护罩等)的控制(遥控)等。在上述的各部分中,对图像质量影响最大的是放大与分配、校正与补偿、图像信号的切换三部分。在某些摄像机距离控制中心很近或对整个系统指标要求不高的情况下,在总控制台中往往不设校正与补偿部分。但在距离较远,或传输方式有要求的情况下,校正与补偿是非常重要的。因为图像信号经过传输之后,往往其幅频特性、相频特性无法保证指标的要求,在控制台上要对传输过来的图像信号进行幅频和相频的校正与补偿。经过校正与补偿的图像信号,再经过分配和放大,进入视频切换部分,然后送到监视器上。总控制台的另一个重要功能是能对摄像机、镜头、云台、防护罩等进行遥控,以完成对被监视的场所全面、详细的监视或跟踪监视。总控制台上设有录像机,可以随时把发生情况的被监视场所的图像记录下来,以便事后备查。目前,有些控制台上设有一台或两台

“长延时录像机”或硬盘录像机,长延时录像机可用一盘60 min带长的录像带记录长达几天

时间的图像信号,这样就可以对某些非常重要的被监视场所的图像连续记录,而不必使用大量的录像带;硬盘录像机则可将图像信号转换为数据信号后存入硬盘。有的总控制台上设有

“多画面分割器”,如4画面、9画面、16画面等。也就是说,通过这个设备,可以在一台监视器上同时显示出4个、9个、16个摄像机送来的各个被监视场所的画面,并用硬盘录像机或长延时录像机进行记录。上述这些功能的设置,要根据系统的要求而定,并不是每个系统都采用。

目前生产的总控制台,在控制功能上,控制摄像机的台数上往往都做成积木式的。可以根据要求进行组合。另外,在总控制台上还设有时间及地址的字符发生器,通过这个装置可以把年、月、日、时、分、秘都显示出来,并把被监视场所的地址、名称显示出来。在录修机上可以记录,这样对以后的备查提供了方便。

总控制台对摄像机及其辅助设备(如镜头、云台、防护罩等)的控制一般采用总线方式,把控制信号送给各摄像机附近的“终端解码箱”,在终端解码箱上将总控制台送来的编码控制信号解出,成为控制动作的命令信号,再去控制摄像机及其辅助设备的各种动作(如镜头的变倍、云台的转动等),在某些摄像机距离控制中心很近的情况下,为节省开支,也可采用由控制台直接送出控制动作的命令信号--即“开”、“关”信号。总之,根据系统构成的情况及要求,可以综合考虑,以完成对总控制台的设计要求或订购要求。

4,显示部分

显示部分一般由几台或多台监视器(或带视频输入的普通电视机)组成。它的功能是将传送过来的图像一一显示出来。在电视监视系统中,特别是在由多台摄像机组成的电视监控系统中,一般都不是一台监视器对应一台摄像机进行显示,而是几台摄像机的图像信号共用台监视器轮流切换显示。这样做一是可以节省设备,减少空间的占用:二是没有必要--

对应显示。因为被监视场所的情况不可能同时发生意外情况,所以平时只要隔一定的时间(比如儿秒、十几秒或几十秒)显示一下即可。当某个被监视的场所发生异常情况时,可以通过切换器将这一路信号切换到某一台监视器上一直显示,并通过控制台对其遥控跟踪记录。在系统配置时,通常都采用4:1、8:1、甚至16:1的摄像机对监视器的比例数设置监视器的数量。目前,常用的摄像机对监视器的比例数为4:1,即4台摄像机对应1台监视器轮流显示,当摄像机的台数很多时,再采用8:1或16:1的设置方案。另外,由于“画面分割器的应用,在有些摄像机台数很多的系统中,用画面分割器把几台摄像机送来的图像信号同时显示在一台监视器上,也就是在一台较大屏幕的监视器上,把屏幕分成几个面积相等的小画面,每个画面显示一个摄像机送来的画面。这样可以大大节省监视器,并且操作人员观看起来也比较方便。但是,这种方案不宜在一台监视器上同时显示太多的分割画面,否则会使某些细节难以看清楚,影响监控的效果。

为了节省开支,对于非特殊要求的电视监控系统,监视器可采用有视频输入端子的普通电视机,而不必采用造价较高的专用监视器。监视器(或电视机)的屏幕尺寸宜采用14英寸至18英寸之间的,如果采用了“画面分割器”,可选用较大屏幕的监视器。

放置监视器的位置应适合操作者观看的距离、角度和高度。一般是在总控制台的后方,设置专用的监视架子,把监视器摆放在架子上。

监视器的选择,应满足系统总的功能和总的技术指标的要求,特别是应满足长时间连续工作的要求。

8.3.14 中小型电视监控系统

通常的电视监控系统规模都不大,功能也相对简单,但其适用的范围非常广。所监视的对象也不仅仅限于想到的人、商品、货物或车辆,有些应用系统还涉及对天然气罐等的监视,另有些应用系统则需要对工厂的烟囱及排污管道进行监视。电视监控系统可以自成体系,也可以与防盗报警系统或出入口控制系统组合,构成综合保安监控系统。一般来说,典型中小型电视监控系统的摄像监视点数不超过32点,造价大都在几万~几十万元之间。

1,简单的定点监控系统

最简单的定点监控系统就是在监视现场安置定点摄像机(摄像机配接定焦镜头),通过同轴电缆将视频信号传输到监控室内的监视器。例如,在小型工厂的大门口安置一台摄像机,并通过同轴电缆将视频信号传送到厂办公室内的监视器(或电视机)上,管理人员就可以看到哪些人上班迟到或早退,离厂时是否携带了厂内的物品等。若是再配置一台录像机,还可以把监视的画面记录下来,供日后检索查证。

这种简单的定点监控系统适用于多种应用场合。当摄像机的数量较多时,可通过多路切换器、画面分割器或系统主机进行监视。以某著名外企总部为例,该总部曾多次丢失高档笔记本电脑,后来在其各楼层的所有12个出口处都安装了定点摄像机,并配备了3台4画面分割器和24小时实时录像机,有效地杜绝了上述失盗现象。

某招待所也是采用了这种简单的定点监控系统。在1~6层客房通道的两端各安装一台定点黑白摄像机,及大门口、门厅、后门、停车场等4个监视点共计16台摄像机,再配置一台16画面分割器、一台29英寸大屏幕彩电和一台24小时录像机便构成了完整的监控系统当监视的点数增加时会使系统规模变大,但如果没有其他附加设备及要求,这类监控系统仍可属于简单的定点系统。以某超市的闭路电视监控系统为例,由于该超市的营业面积较大(上下两层总计约16 000 m2),货架较多,总共安装了48台定点黑白摄像机。这48台摄像机的信号被分成了3组,分别接到了对应的16画面分割器、17英寸黑白监视器和24小时录像机上(该超市的实际工程中另外增加了防盗报警系统和公共广播/背景音乐系统,图中从略)。图8.46是该超市电视监控系统的构成。

图8.46某超市电视监控系统的构成

图8.46某超市电视监控系统的构成

2.简单的全方位监控系统

全方位监控系统是将前述定点监控系统中的定焦镜头换成电动变焦镜头,并增加可上下左右运动的全方位云台(云台内部有两个电动机),使每个监视点的摄像机可以进行上下左右的扫视,其所配镜头的焦距也可在一定范围内变化(监视场景可拉远或推进)。很显然,云台及电动镜头的动作需要由控制器或与系统主机配合的解码器来控制。

最简单的全方位监控系统与最简单的定点监控系统相比,在前端增加了一个全方位云台及电动变焦镜头,在控制室增加了一台控制器,如SP3801,另外从前端到控制室还需多布设一条多芯(10芯或12芯)控制电缆。以某小型制衣厂的监控系统为例,在其制衣车间安装了两台全方位摄像机,在厂长办公室内配置了一台普通电视机、一台切换器和两台控制器,当厂长需要了解车间情况时,只需通过切换器选定某一台摄像机的画面,并通过操作控制器使摄像机对整个监控现场进行扫视,也可以对某个局部进行定点监视。

在实际应用中,并不一定使每一个监视点都按全方位来配置,通常仅是在整个监控系统中的某几个特殊的监视点才配备全方位设备。例如,在前述的某招待所的定点监控系统中,也可考虑将监视停车场情况的定点摄像机改为全方位摄像机(更换电动变焦镜头并增加全方位云台),再在控制室内增加一台控制器,这样就可以把对停车场的监视范围扩大了,既可以对整个停车场进行扫视,也可以对某个局部进行监视。特别是当推进镜头时,还可以看清车牌号码。图8.47为在定点监控系统中增加一个全方位监视点的系统结构。

image.png图8.47 在定点监控系统中增加一个全方位监视点的系统结构

图8.47 在定点监控系统中增加一个全方位监视点的系统结构

3,低成本全方位监控系统

在本系统中,用分控键盘SP8050替代云台镜头控制器,这样系统的连接线就显得比较简单。SP8050还能遥控控制切换器(SP2000 系列)及画面分割器。切换器还有报警功能,当有报警时,能自动地把报警的现场摄像机切换出来,并记录。在成本方面,要低于使用系统主机/矩阵切换器的系统。

4·具有小型主机的监控系统

多大的系统才需配用系统主机并没有严格的限制。一般来说,当监控系统中的全方位摄

像机数量达到三四台以上时,就可考虑使用小型系统主机。虽然用多台单路控制器或一台多路(如4路或6路)控制器也可以实现全方位摄像机的控制,但这样所需的控制线缆数量较多(每一路至少要一根10芯电缆),而且线缆的长度将过长(长线电阻造成的电压降可能会导致云台及电动镜头动作迟缓甚至不动作),整个系统也会显得零乱。

一般来说,使用系统主机会增加整个监控系统的造价,这是因为系统主机的造价要比普通切换器高,而与之配套的前端解码器的价格也比普通单路控制器高。但从布线考虑,各解码器与系统主机之间是采用总线方式连接的,因此系统中线缆的数量不多(只需要一根2芯通信电缆)。另外,集成式系统主机大都有报警探测器接口,可以方便地将防盗报警系统与电视监控系统整合于一体。当有探测器报警时,该主机还可自动地将主监视器画面切换到发生警情现场摄像机所拍摄的画面。图8.48为采用系统主机的小型电视监控系统的结构。

图8.48 采用系统主机的小型电视监控系统的结构

图8.48 采用系统主机的小型电视监控系统的结构

5,具有声音监听的监控系统

电视监控系统中还常常需要对现场声音进行监听(例如,银行柜员制监控系统),因此从系统结构上看,整个电视监控系统由图像和声音两个部分组成。由于增加了声音信号的采集及传输,从某种意义上说,系统的规模相当于比纯定点图像监控系统增加了一倍,而且在传输过程中还应保证图像与声音信号的同步。

对于简单的一对一结构(摄像机一录像机一监视器),只要增加监听头及音频传输线,即可将视音频信号一同显示、监听并记录。对于切换监控系统,则需要配置视音频同步切换器,它可以从多路输入的视音频信号中切换并输出已选中的视频及对应的音频信号。

8.3.15大中型电视监控系统

大中型电视监控系统的监视点数增多,除了包含大量的全方位监视点外,还常常与防盗报警系统集成为一体。由于汇集在中心控制室的视音频信号多,往往需要多种视音频设备进行组合,很多系统还需要多个分控制中心(或分控点),因此系统相对庞大。

1,大中型电视监控系统含义

“大中型”可有两层含义:一是指系统的规模大,如前端摄像机的数量及中心控制端设备的数量都很多,中心控制室的场面也很庞大,往往还要有一面庞大的监视器墙,能同时显示出大小不等的十几个甚至几十个实时监控现场的画面。另外还在很多相关部门设有分控系统,有时还会与防盗报警系统或门禁刷卡系统联动:二是系统的复杂程度高,作业难度大,传输条件恶劣,使得十几个点的监控系统比普通超市或写字楼中的几十个甚至上百个点的监控系统的施工与调试还难。

2,多主机多级电视监控系统

常规的电视监控系统一般只有一台主机,即使是大中型系统,也不外乎是增加摄像机的数量和增加分控系统的数量。但是对某些特殊应用的场合,这种单台主机加若干台分控器的实现方法是不能满足用户需要的。以某大型工厂的监控系统为例,用户要求在其每一个相对独立的厂区都安装一套闭路电视监控系统,各厂区内有独立的监控室,管理人员可以对本系统进行任意操作控制。而整个工厂还要建立一个大型监控系统,将各厂区的子系统组合在起,并设立大型电视监控中心,在该中心可以任意调看厂区中某一个摄像机的图像,并对该摄像机的云台及电动变焦镜头进行控制。这就提出了由各厂区的多台主机共同组成大型电视监控系统的要求。

由于各主机的内部结构和工作原理是一样的,因此,相对于普通的矩阵主机来说,这种多主机系统的各个主机都增加了地址标识码,可以被上一级主机选调,各摄像机的图像则经过二级或三级切换被选调到主中心控制室的监视器上。

8.3.16监控系统常见的故障现象及其解决方法在一个监控系统进入调试阶段、试运行阶段以及交付使用后,都有可能出现这样或那样的故障现象,这些故障现象或是不能正常运行,或是系统达不到设计要求的技术指标;或是整体性能和质量不理想,出现所谓的一些“软毛病”。这些问题对于一个监控工程项目来说特别是对于一个复杂的、大型的监控工程来说,是在所难免的。出现问题后,设法解决这些问题,是工程技术人员的义务和责任。

在一个监控系统中,问题的出现多发生在调试和试运行阶段。已经过试运行并验收交付使用的系统,一般来说,短时期内不应该出现问题。即使投入使用的系统出现了问题,往往也是发生在设备质量或施工质量(特别是传输部分的施工质量)方面。下面就一些较为常见的故障,提供给读者作为参考。

1,由设备和部件引起或反映出的故障及解决方法在设备(或部件)安装之前均应按要求进行调试、通电实验等工作,以确保要安装设备的完好。尽管如此,由于安装过程中的某些原因,造成设备(或部件)出现问题也是常见的。

(1)电源的不正确引发的设备故障

电源不正确大致有如下几种可能:供电线路或供电电压不正确、功率不够(或某一路供电线路的线径不够,降压过大等)、供电系统的传输线路出现短路、断路、瞬间过压等。特别是因供电错误或瞬间过压导致设备损坏的情况时有发生。

(2)线路不正确引发的设备故障

由于某些线路,特别是与设备相接的线路处理不好,产生断路、短路、线间绝缘不良、误接线等而导致设备(或部件)损坏、性能下降或设备本身并未因此损坏,但反映出的现象是出在设备或部件身上。

由于某些设备(如带三可变镜头的摄像机及云台)的连线有很多条,如果处理不好,就会出现上述问题。特别是某些接插件的质量不良,连线的工艺不好,更是出现问题的常见原

因。在这种情况下,应根据故障现象冷静地进行分析,判断在若干条线路上是由于哪些线路的连接有问题才产生此故障现象,缩小了出现问题的范围。比如,一台带三可变镜头的摄像机图像信号是正常的,但镜头无法控制,就不必再检查视频输出线,而只要检查镜头控制线就行了。另外,接插件方面,特别是BNC型接头,对焊接工艺、视频线的连接安装工艺要求都非常高,如处理不当,即使调试和试运行阶段没有出现问题,但运行一段后可能会出现问题。特别值得指出的是,带云台的摄像机由于全方位的运动,时间长了,导致连线的脱落、挣断等常见的故障。因此,要特别注意这种情况的设备与各种线路的连接应符合长时间运转的要求。

(3)设备或部件本身的质量问题

一般来说,经过认真选择的已商品化的设备或部件是不应该出现质量问题的。即使出现问题,也往往发生在系统已交付使用并运行了相当长时间之后。

除了上面所说的产品自身质量问题外,最常见的是由于对设备调整不当产生的问题。比如摄像机后焦距的调整是个要求非常细致的精确工作。如不认真调整,就会出现聚焦不好或在三可变镜头的各种操作时发生散焦等问题。另外,摄像机上一些开关和调整旋钮的位置是否正确、是否符合系统的技术要求、解码器编码开关或其他可调部位设置的正确与否都会直接影响设备本身的正常使用或整个系统的正常性能。

(4)设备间参数不匹配引发的故障

这方面的问题,大致会发生在以下几个方面:

>阻抗不匹配,如视频接在一个阻抗为高阻的监视器上,就会出现图像很亮、字符抖动或字符时有时无的现象。

>通信接口或通信方式不对。这种情况往往发生在控制主机与解码器或控制键盘等有通信控制关系的设备之间。这多半是由于选用的控制主机与解码器或控制键盘等不是一个厂家的产品所造成的。一般来说,不同的厂家所采用的通信方式或传输的控制码是不同的。所以,主机、解码器、控制键盘等应选用同一厂家的产品。

驱动能力不够或超出规定的设备连接数量。比如,控制主机所对应的主控键盘和副控键的数量是有规定的,超过规定数量后将导致系统工作不正常。解码器云台工作电源功率比实际云台低,就驱动不了云台。

2,传输系统出现故障的分析与解决方法

电视监控的传输系统,常用的还是以视频传输为主。限于篇幅,下面仅就视频传输方式下出现的故障现象进行分析并提出一些解决方法。

(1)监视器的画面上出现了一条黑杠或白杠,并且向上或向下慢慢滚动这种现象多半是由系统产生了地环路而引入了50周的工频干扰所造成的。

有时由于摄像机或控制主机(矩阵切换器)的电源性能不良(或局部损坏)也会出现这种故障现象(有时也会出现二条黑杠或白杠),因此,在分析这类故障现象时,要分请产生故障的两种不同原因。

要分清是电源的问题还是地环路的问题,一种简易的方法是,在控制主机上,就近只接入一台电源没有问题的摄像机输出信号,如果在监视器上没有出现上述的干扰现象,则说明控制主机无问题。接下来可用一台便携式监视器就近接在前端摄像机的视频输出端,并一台一台摄像机逐个查看,以便查找有否因电源出现问题而造成干扰的摄像机。如有,则进行处理。如无,则干扰是由地环路等其他原因造成的。

(2)监视器上出现木纹状的干扰

这种干扰的出现,轻微时不会淹没正常图像,而严重时图像就无法观看。这种故障现象产生的原因较多也较复杂,大致有如下几种原因。

第一,视频传输线的质量不好,特别是屏蔽性能差(屏敲网不是质量很好的铜线网,或屏蔽网过稀而起不到屏蔽作用)。与此同时,这类视频线的线电阻过大,因而造成信号产生较大衰减也是加重故障的原因。此外,这类视频线的特性阻抗不是752,以及分布参数超出规定也是产生故障的原因之一。

这种故障原因,既难判断,又因判断后由于已施工完毕(布线已完毕),故难以用换线等办法解决。因此,选用符合标准和要求的视频电绩是必须事先保证的。决不能因考虑省钱而购买质量差的视频电缆线,否则后患无穷。

由于上述的干扰现象不一定就是视频线不良而产生的故障,所以判断时要准确和慎重。

只有当排除了其他可能后,才能从视频线不良的角度去考虑。判断的方法是,在排除其他可能造成这种故障的原因之后,如有条件,把剩余的这种视频电缆(如无剩余,则只好在系统中截取一段这样的电缆)送到检验部门去检测。如果检测结果不合格,则可确定是电缆质量问题。如果是电缆质量问题,最好的办法当然是把所有的这种电缆全部换掉,换成符合要求的电缆,这是彻底解决问题的最好办法。

在干扰不十分严重的情况下,可以试者采取通过净化电源,在线连接的UPS向整个系统供电的方式,往往能减轻或基本消除干扰。但这种方法有时会因系统周围空间信号情况的不同而效果不明显或有时管用、有时不管用。

第二,由于供电系统的电源不“洁净”而引起。这里所指的电源不“洁净”,是指在正常的电源(50周的正弦波)上叠加干扰信号。而这种电源上的干扰信号,多来自本电网中使用可控硅的设备。特别是大电流、高电压的可控硅设备,对电网的污染非常严重,这就导致了同一电网中的电源不“洁净”,比如本电网中有大功率可控硅调频调速装置、可控硅整流装置、可控硅交直流变换装置等,都会对电源产生污染。

这种情况的解决方法比较简单,只要对整个系统采用净化电源或在线UPS供电就基本上可以得到解决。

第三,系统附近有很强的干扰源。这可以通过调查和了解而加以判断。如果属于这种原因,解决的办法是加强摄像机的屏蔽,以及对视频电缆线的管道进行接地处理等。

(3)由于视频电缆线的芯线与屏蔽网短路、断路造成的故障这种故障的表现形式是在监视器上产生较深、较乱的大面积网纹干扰,使图像全部被破坏,不能形成图像和同步信号。这种情况多出现在BNC接头或其他类型的视频接头上。只要认真逐个检查这些接头,就可以解决问题。

这类故障现象还有一点是容易判断的,即这种故障现象出现时,往往不会是整个系统的各路信号均出问题,而仅仅出现在那些接头不好的路数上。

(4)由于传输线的特性阻抗不匹配引起的故障现象这种现象的表现形式是在监视器的画面上产生若干条间距相等的竖条干扰,干扰信号的频率基本上是行频的整数倍。这是由于视频传输线的特性阻抗不是752而导致阻抗失配造成的。如果用示波器观看被干扰图像的波形时,会发现在行同步头的后肩上,叠加有幅度较高的行频谱波振荡波形,干扰就是由此引起的。通过对波形的分析和对视频电缆的定量测量,还会发现这种阻抗不符合要求的视频电缆线,其分布参数也是不符合要求的,实际上这也是

阻抗失配的原因之一。因此,也可以说,产生这种干扰现象是由视频电缆的特性阻抗和分布参数都不符合要求综合引起的。这种问题的解决一般靠“始端串接电阻”或“终端并接电阻”

的方法去解决。这里值得注意的是,在视频传输距离很短时(一般为150 m以内),使用上述阻抗失配和分布参数过大的视频电缆不一定会出现上述的干扰现象。因此,在一个传输距离远近相差很大的系统中,分析这种故障现象时不要受到短距离无干扰的迷惑。

解决上述问题的根本办法是在选购视频电缆时,一定要保证质量,必要时应对电缆进行抽样检测。

(5)由于传输线引入的空间辐射干扰

这种干扰现象的产生,多半是因为在传输系统、系统前端或中心控制室附近有较强的频率较高的空间辐射源。这种情况的解决办法一个是在系统建立时,应对周边环境有所了解,尽量设法避开或远离辐射源;另一个办法是当无法避开辐射源时,对前端及中心设备加强屏蔽,对传输线的管路采用钢管并良好接地。

3,其他故障现象

(1)云台故障

一个云台在使用后不久就运转不灵或根本不能转动,是云台常见的故障。这种情况的出现除去产品质量的因素外,主要是由以下各种原因造成的。

只允许将摄像机正装(即摄像机装在云台转台的上部)的云台,在使用时采用了吊装的方式(即将摄像机装在云台转台的下方),在这种情况下,吊装方式导致了云台运转负荷加大,故使用不久就会导致云台的传动机构损坏,甚至烧毁电机。

摄像机及其防护罩等总重量超过云台的承重。特别是室外使用的云台,往往防护罩的重量过大,常会出现云台转不动(特别是垂直方向转不动)的问题。

室外云台因环境温度过高、过低、防水、防冻措施不良而出现故障甚至损坏。

(2)距离过远时,操作键盘无法通过解码器对摄像机(包括镜头)和云台进行遥控这主要是因为距离过远时,控制信号哀减太大,解码器接收到的控制信号太弱引起的。

这时应该在一定的距离上加装中继盒以放大整形控制信号。

(3)监视器的图像对比度太小,图像淡

这种现象如不是控制主机及监视器本身的问题,就是传输距离过远或视频传输线衰减太大。在这种情况下,应加入线路放大和补偿的装置。

(4)图像清晰度不高、细节部分丢失、严重时会出现彩色信号丢失或色饱和度过小这是由于图像信号的高频端损失过大,导致3MHz以上频率的信号基本丢失造成的。这种情况或因传输距离过远,而中间又无放大补偿装置;或因视频传输电缆分布电容过大;或因传输环节中在传输线的芯线与屏蔽线间出现了集中分布的等效电容造成的。

(5)色调失真

这是在远距离的视频基带传输方式下容易出现的故障现象。主要是由传输线引起的信号高频段相移过大而造成的。这种情况应加相位补偿器。

(6)操作键盘失灵

这种现象在检查连线无问题时,基本上可确定为操作键盘“死机”造成的。键盘的操作说明上,一般都有解决“死机”的方法,例如“整机复位”等方式。如无法解决,就可能是键盘本身损坏了。

(7)主机对图像的切换不干净

这种故障现象的表现为在选切后的画面上,叠加有其他画面的干扰,或有其他图像的行同步信号干扰。这是因为主机矩阵切换开关质量差,达不到图像之间隔离度要求所造成的。

如果采用的是射频传输系统,也可能是系统的交扰调制和相互调制过大而造成的。

(8)通信不良故障

这种故障表现为受控的云台或电动镜头有时可正常动作,有时则不能(或延时)动作,或是动作之后停不住,主要原因是通信线路有问题。在确认接线无误、线路无误的情况下,检查解码器上RS-485通信终端匹配电阻(120 52),如果通信线路有很多支路,可以断开各支路来判断通信故障的大概范围。


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