有关监控的一些知识.docx
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有关监控的一些知识
有关视频的基本知识
根据三基色原理,在视频领域利用R(红)、G(绿)、B(蓝)三色不同比例的混合来表现丰富多采的现实世界。
首先,通过摄像机的光敏器件像CCD(电荷耦合器件),将光信号转换成RGB三路电信号;其次,在电视机或监视器内部也使用RGB信号分别控制三支电子枪轰击荧光屏以产生影象。
这样,由于摄像机中原始信号和电视机、监视器中的最终信号都是RGB信号,因此直接使用RGB信号作为视频信号的传输和记录方式会获得极高的信号质量。
但这样做会极大地加宽视频带宽从而增加设备成本,且这也与现行黑白电视不兼容,因此,在实际应用中不这样做,而是按亮度方程Y=0.39R+0.5G+0.11B(PAL制)RGB信号转换成亮度信号Y和两个色差信号U(B-Y)、V(R-Y),形成YUV分量信号。
此种信号利用人眼对亮度细节分辨率高而对色度细节分辨率低的特点,对U、V信号带宽压缩。
U、V信号还可进一步合成一个色度信号C,进而形成Y/C记录方式。
由于记录时对C信号采取降频处理,因此也称彩色降频方式。
Y和C又可进一步形成复合视频(Composite),即彩色全电视信号,这种方式便于传输和电视信号的发射。
将RGB信号转换成YUV信号、Y/C信号直至composite信号的过程称为编码,逆过程则为解码。
由此可看出,由于转换步骤的多少,视频输出质量由YUV端口到Y/C端口到Composite端口依次降低。
因此,在视频捕捉或输出时选择合适的输入、输出端口可提高视频质量。
另外,还应提供同步信号以保证传送图象稳定再现。
视频影像是由一系列被称为帧的单个静止画面组成。
一般帧率在24-30帧/秒时,视频运动非常平滑,而低于15帧/秒时就会有停顿感。
在PAL制中,规定25帧/秒,每帧水平625扫描行(分奇数行、偶数行,即奇、偶两场,因采用隔行扫描方式)。
在每一帧中,电子束由左上角隔行扫至右下角后再跳回至左上角有一个逆程期,约占整个扫描时间的8%,因此625行中有效行只有576行,即垂直分辨率576点。
按现行4:
3电视标准,则水平分辨率为768点,这就是常见的一种分辨率768*576。
另外,还有一种遵循CCIR601标准的PAL制,其分辨率为720*576。
对于NTSC制,规定30帧/秒,525行/帧,隔行扫描,分奇、偶两场,图像大小720*486。
由于PAL制与NTSC制处理方式不同,因此互不兼容。
确定视频每一帧时间位置及视频片段持续时间,使用的是专门的标准时间编码格式SMPTE时间码,表示为“H:
M:
S:
F”,即“时:
分:
秒:
帧”。
PAL制与NTSC制一般都是模拟信号,视频捕捉卡可完成对它的A/D转换。
视频捕捉卡先对输入视频信号以4:
2:
2格式进行采样,然后进行量化,一般对YUV(也即对RGB)各8bit量化,因而产生24位真彩。
由于一帧图象数字化后数据量很大,为节省存储空间,还要对其进行压缩处理。
压缩处理可分为有损压缩和无损压缩,而前者是以牺牲图象细节为代价的。
压缩可由软、硬件实现,后者可实现实时压缩,而前者往往要在分辨率、颜色深度、帧率等方面做出一些牺牲。
选择压缩比时,压缩比越高,图象质量越差。
经过上述过程,模拟视频即变成数字视频,而这一过程的逆过程即可实现数字视频的解压缩与回放。
另外,利用某些视频捕捉卡的输入、输出设置,能简单地实现PAL制与NTSC制的转换。
数字视频经解压缩后,可送入显示卡并在计算机的显示器上显示出来。
为在计算机的显示器上精确显示数字视频,必须使视频显示模式与数字视频的类型相匹配。
由于显象管存在着显示亮度信号的非线形,因此送入的图象信号必须预先补偿,这就是^校正,它只对中间色调产生影响。
计算机显示器的^一般为1.8,而PAL制图象的^γ值大约也是1.8,影响不大;但NTSC制图象的^γ值为2.2,如果不经调整显示图象就会发白。
初学者推荐-光学名词中英文对照
光圈(Iris):
位于摄像机镜头内部的、可以调节的光学机械性阑孔,可用来控制通过镜头的光线的多少。
可变光圈(Irisdiaphragm):
镜头内部用来控制阑孔大小的机械装置。
或指用来打开或关闭镜头阑孔,从而调节镜头的f-stop的装置。
隔离放大器(Isolationamplifier):
输入和输出电路经过特殊设计,可以避免两者互相影响的放大器。
抖动(现象)(Jitter):
由于机械干扰或电源电压、元器件特性等的变化所引起的信号不稳定,信号的不稳定可能是振幅上的或是相位上的,也可能两者兼有。
滞后(Lag):
电视拾像管中,去除励磁后,两帧或多帧图像的电荷映像的短暂停留。
激光(Laser):
Lightamplificationbystimulatedemissionofradiation的缩写。
激光器是一个光学谐振腔,两端装有平面镜或球面镜,中间装有光放大材料。
它使用光学或电学的方法激发其中的材料,使材料的原子受激发产生一束亮光,亮光透过其一端的镜面发射出来。
输出的光束是高度单色(纯色)和非扩散性的。
前缘(Leadingedge):
脉冲升高部分的主部,其位置一般位于总振幅的10-90%处。
镜头(Lens):
由一片或多片弧面(通常为球面)光学玻璃组成的透明光学部件。
它可以用来聚集或分散被摄物发出的光,从而生成被摄物的实像或虚像。
透镜,菲涅耳~(Lens,fresnel):
被切割成窄环状再打平的镜头。
镜头上有一圈圈的窄同心圆或梯级,它们可以将(各个方向射来的)光线汇聚成图像。
镜头速度(Lensspeed/f-number):
镜头的透光能力。
F值是焦距(FL)与镜头直径的比值。
比较快的镜头的值可能是f/1.4,而f/8的镜头其速度就相当低了。
f值越大,镜头的速度越慢。
透镜系统(Lenssystem):
指两个或多个透镜的有机组合。
光(Light):
眼睛可以看到的电磁射线,波长在400nm(蓝色)到750nm(红色)的范围内。
有限分辨率(Limitingresolution):
分辨率的度量方法,通常用每幅电视图像中测试图样上可分辨的电视线的条数来表示。
线路放大器(Lineamplifier):
用于驱动传输线的音频或视频信号放大器。
安装在主电缆的中间位置,用于减少损耗的放大器(通常为宽带型的)。
线性(Linearity):
输出信号随输入信号的变化而直接或按比例变化的现象。
线对(Linepairs):
定义电视清晰度所用的术语。
一个电视线对一条黑线和一条白线组成。
525线NTSC制的画面中共有485个线对。
负载(load):
承受设备所输出的能量的部件。
损耗(loss):
信号电平或强度的减少,通常用分贝表示。
也指没有实际用途的功率耗散。
低频失真(Low-frequencydisortion):
低频率下发生的失真现象。
电视系统中一般指15.75kHz以下的频率。
低照度摄像机,低照度电视(Lowlightlevel/LLLcameraandtelevision):
可以在极其微弱的光照下工作的闭路电视摄像机。
可以在低于正常视觉响应的光照情况下工作的闭路电视系统。
流明(Lumen/Im):
光通量的单位。
相当于一烛光的均匀点辐射源穿过一个立体角(球面)的通量,也相当于一烛光的均匀点辐射源等距的所有点所在的表面上的光通量。
照度(Luminance):
从同一方向看,在给定方向上的任何表面的每单位投影面积上的光照强度(光度)。
单位为英尺朗伯。
亮度信号(Luminancesignal):
NTSC彩色电视信号中涉及场景照度或亮度的那部分信号。
光通量(Luminousflux):
光通过的时率。
勒克斯(Lux):
国际单位制中的照明单位,其中涉及到的长度单位为米。
1勒克斯等于每平方米1流明。
磁聚焦(Magneticfocusing):
利用磁场作用来使电子束会聚的方法。
静电聚焦(Electrostaticfocusing):
通过对电子透镜系统中的一个或多个元素施以静电势能,将阴极射线束聚焦成小点的方法。
放大倍数(Magnification):
表示被摄物与图像之间的尺寸差异的数字。
通常以焦距为1英寸镜头和靶面尺寸为1英寸的传感器为基准(放大倍数=M=1)。
焦距为2英寸的镜头的放大倍数为M=2。
微分增益(Differentialgain):
当载有3.58-Mhz彩色次载波的图像信号从消隐电平变成白色电平时,整个电路中彩色次载波振幅的变化。
微分增益通常用dB或百分比来计量。
微分相位(Differentialphase):
当载有3.58-Mhz彩色次载波的图像信号从消隐电平变成白色电平时,整个电路中彩色次载波相位的变化。
微分相位通常以度为单位来计量。
屈光度(Diopter):
描述镜头光学功率的术语。
它的值是以米为单位的焦距值的倒数。
例如,焦距为25cm(0.25cm)的透镜的光学功率为4个屈光度。
电气失真(Distortionelectrical):
某信号与原信号相比时,出现的不希望发生的波形变化。
光学失真(Distortion,optical):
用来描述图像不是物体的准确复制的一般术语。
失真有多种不同的类型。
点条状信号发生器(Dotbargenerator):
产生特殊的点条信号的设备。
一般用来测量电视摄像机和视频监视器的扫描线性和几何失真。
驱动脉冲(Drivepulses):
指同步脉冲和消隐脉冲。
动态范围(Dynamicrange):
在电视系统中,指摄像机的实用照度范围。
在这种情况下,被摄视场中同时存在强光区和阴影区,而所有细节均可看清。
数量上一般以允许的最大照度水平与最小照度水平的电压差或功率差来衡量。
回波(Echo):
信号传输过程中从一个或多个点反射回来的信号。
与原信号相比,具有明显的幅度和时间上的差异。
回波可以比原信号超前或拖后,造成反射波或"重影"现象。
EIA接口标准(EIAinterface):
由电子工业协会的(EIA)规定的一系列标准信号特性,包括持续时间、波形、电压和电流等。
EIA同步信号(EIAsyncsignal):
在电子工业协会的RS-170(单色图像)标准,RS-170A(彩色图像)标准、RS-312、RS330、RS-420及续后文件中规定的,用于使扫描同步的信号。
电磁聚集(Electromagneticfocusing):
使用电子透镜系统中的一个或多少偏转线圈,通过电磁场的作用,将阴极射线束会聚成一点的过程。
图像平面(Imageplane):
在成像点上,与光轴垂直的平面。
阻抗(Impedance):
电路或电子器件的输入/输出特性。
为实现最佳信号传输效果,用来连接两个电路或器件的电缆的特征阻抗必须与电路或器件的特征阻抗相同。
阻抗的单位为欧姆。
视频分配系统使用的标准同轴电缆两种。
入射光线(Incidentlight):
直接照射到物体上的光线。
红外辐射(Infraredradiation):
波长大于750纳米(可见光谱红色的一端)、小于微波波长不可见光。
增强电荷耦合器件(IntensifiedCCD/ICCD):
通过光纤与电子管式或微通道板式图像增强器相连的CCD摄像机。
增强型硅靶(Intensifiedsiliconintensifiedtarget/ISIT):
通过光纤与额外的增强器件相连接、以提高灵敏度的SIT管。
两个增强器级连使用,可获得的灵敏度为标准摄像管度的2000倍。
增强型摄像机(Intensifiedvidicon/IV):
通过光纤与增强器件相连、以提高灵敏度的直读型标准摄像管。
干扰(Interference):
倾向于扰乱期望获得的信号的外来杂散信号。
隔行扫描,2:
1~(Interlace,2to1):
闭路电视系统中使用的一种扫描技术。
其中,每帧图像由两场组成,两个场以2比1的速率精确地同步扫描,相连场中相邻扫描行间的时间或相位关系是固定的。
随机交错(Interlace,random):
闭路电视系统中使用的一种扫描技术。
其中,组成帧的两场并不同步,相连场邻行的时间或相位关系不固定。
。
光圈值/F值(f-number):
镜头的透光能力。
F值是物镜焦距(FL)与入射光瞳周长(D)的比值,即F=FL/D。
F值与焦距成正比,与透镜周长成反比。
F值越小,透镜的透光性能越好。
焦距(FL):
透镜中心或其第二主平面到图像聚焦点处的距离。
FL的单位一般为毫米或英寸。
焦距,后~(Focallength,back):
透镜后顶点到透镜焦平面间的距离。
焦平面(Focalplane):
与透镜或反射镜的主轴成直角且通过聚焦点的平面;该平面上生成的图像效果最好。
IP率是器材防尘防水的一个指标。
此项指标在欧洲及英国产品中经常使用,由两位数字组成。
前一位是对固体的防御指标,后一位是对液体的防御指标。
与防护罩有关的IP率:
IP55:
防尘,但会进入有限的少量灰尘。
防止来自各个方向的低压水,但会进入有限的少量水。
IP65:
防尘,不会进入灰尘。
防止来自各个方向的低压水,但会进入有限的少量水。
IP66:
防尘,不会进入灰尘。
防止来自各个方向的高压水,但会进入有限的少量水。
摄像头的安装调试
镜头的安装方式:
有C式和CS式两种,两者的螺纹均为1英寸32牙,直径为1英寸,差别是镜头距CCD靶面的距离不同,C式安装座从基准面到焦点的距离为17.562毫米,比CS式距离CCD靶面多一个专用接圈的长度,CS式距焦点距离为12.5毫米。
别小看这一个接圈,如果没有它,镜头与摄像头就不能正常聚焦,图像变得模糊不清。
所以在安装镜头前,先看一看摄像头和镜头是不是同一种接口方式,如果不是,就需要根据具体情况增减接圈。
有的摄像头不用接圈,而采用后像调节环(如松下产品),调节时,用螺丝刀拧松调节环上的螺丝,转动调节环,此时CCD靶面会相对安装基座向后(前)运动,也起到接圈的作用。
另外(如SONY,JVC)采用的方式类似后像调节环,它的固定螺丝一般在摄像头的侧面,拧松后,调节顶端的一个齿轮,也可以使图像清晰而不用加减接圈。
AGCON/OFF(自动增益控制):
摄像头内有一个将来自CCD的信号放大到可以使用水准的视频放大器,其放大量即增益,等效于有较高的灵敏度,然而在亮光照的环境下放大器将过载,使视频信号畸变。
当开关在ON时,在低亮度条件下完全打开镜头光圈,自动增加增益以获得清晰的图像。
开关在OFF时,在低亮度下可获得自然而低噪声的图像。
ATWON/OFF(自动白平衡):
开关拨到ON时,通过镜头来检测光源的特性/色温,从而自动连续设定白电平,即使特性/色温改变也能控制红色和蓝色信号的增益。
ALC/ELC(自动亮度控制/电子亮度控制):
当选择ELC时,电子快门根据射入的光线亮度而连续自动改变CCD图像传感器的曝光时间(一般从1/50到1/10000秒连续调节)。
选择这种方式时,可以用固定或手动光圈镜头替代ALC自动光圈镜头。
需要注意的是:
在室外或明亮的环境下,由于ELC控制范围有限,还是应该选择ALC式镜头;在某些独特的照明条件下,可能出现下列情况:
在聚光灯或窗户等高亮度物体上有强烈的拖尾或模糊现象
1②图像显著地闪烁和色彩重现性不稳定
③白平衡有周期性变化,如果发生这些现象,应使用ALC镜头。
以固定光圈镜头采用ELC方式时,图像的景深可能小于使用ALC式镜头所获得的景深。
因此,摄像头在完全打开固定光圈镜头而采用ELC方式时,景深会比使用ALC式镜头时小,而且图像上远处的物体可能不在焦点上。
当镜头是自动光圈镜头时,需要将开关拨到ALC方式。
BLCON/OFF(背光补偿开关):
当强大而无用的背景照明影响到中部重要物体的清晰度时,应该把开关拨到ON位置。
注意:
①当与云台配用或照明迅速改变时,建议把该开关放在OFF位置,因为在ON位置时,镜头光圈速度变慢;
②如果所需物体不在图像中间时,背光补偿可能不会充分发挥作用。
LL/INT(同步选择开关):
此开关用以选择摄像头同步方式,INT为内同步2:
1隔行同步;LL为电源同步。
有些摄像头还有一个LLPHASE电源同步相位控制器,当摄像头使用于电源同步状态时,此装置可调整视频输出信号的相位,调整范围大概是一帧。
(调整需要专业人员进行)
VIDEO/DC(镜头控制信号选择开关):
ALC自动光圈镜头的控制信号有两种,当需要将直流控制信号的自动光圈镜头安装在摄像头上时,应该选择DC位置;需要安装视频控制信号的自动光圈镜头时,应该选择VIDEO位置。
当选择ALC自动光圈视频驱动镜头时,还会有一个视频电平控制(VIDEOLEVELL/H)可能需要调整,该控制器调节输出给自动光圈镜头的控制电平,用以控制镜头光圈的开大和缩小(即进光量)。
在摄像头的配件中,有一个黑色的小插头,插头有四个针,联接摄像头上的黑色插座。
如果用DC驱动的自动光圈镜头,镜头上已经作好了插头,只要插在插座上,把选择开关拨到DC即可;如果用视频驱动的自动光圈镜头,需要用户根据说明书上的标注,用烙铁焊好。
由于厂家定义不同,所以焊法也有区别,请安装时留意。
SOFT/SHARP(细节电平选择开关):
该开关用以调节输出图像是清晰(SHARP)还是平滑(SOFT),通常出厂设定在SHARP位置。
FLICKERLESS(无闪动方式):
在电源频率为50Hz的地区,CCD积累时间为1/50秒,如果使用NTSC制式摄像机,其垂直同步频率为60Hz,这样将造成视觉影像不同步,在监视器上出现闪动;反之,在电源为60Hz的地区用PAL制式摄像机也会有此现象。
为克服此现象,在电子快门设置了无闪动方式档,对NTSC制式摄像机提供1/100秒,对PAL制式摄像机提供1/120秒的固定快门速度,可以防止监视器上图像出现闪烁。
手动电子快门:
有些用户使用CCD摄取运动速度比较快的物体,如果用1/50秒速度拍摄,会产生拖尾现象,严重影响图像质量。
有些摄像头给出了手动电子快门,使CCD的电荷耦合速度固定在某一值,例如1/500、1/1000、1/2000秒等等,此时CCD的电荷耦合速度提高,这样采集下来的图像相对来说会减少拖尾现象,而且对于观测高速运动或电火花一类物体,必须使用此设置。
所以,某些专用摄像头给出了手动电子快门,提供给特殊用途的用户。
手动电子快门的调整需要参看随机说明书,在此就不再赘述了。
补充说明:
有很多用户要求在晚间没有光线的环境下监控,请注意:
由于CCD摄像头同样是靠光线反射来成像,如果没有光,它的图像只会是一片漆黑再加上很多雪花。
如何得到图像呢?
一种方法是加可见光照明,如路灯、探照灯;一种是加红外灯(特别是要求不能安装可见光源的场合),对于彩色CCD摄像头,对红外光响应不够,有一些日夜两用彩色摄像头在夜间会自动转成黑白模式。
所以,您的监控系统要求夜间使用,一定要采用黑白CCD摄像头。
摄像机测试步骤
测试摄像机主要测试晰度和色彩还原性、照度、逆光补偿,其次是测其球型失真、耗电量、最低工作电压,下面先把清晰度和色彩还原性以及照度、逆光补偿的测量步骤先介绍一下。
1.清晰度的测量:
多个摄像机进行测试时,应使用相同镜头,(推荐使作定焦、二可变镜头),以测试卡中心圆出现在监视器屏幕的左右边为准,清晰准确的数出已给的刻度线共10组垂直线和10组水平线。
分别代表着垂直清晰度和水平清晰度,并相应的一组已给出了线数。
如垂直350线水平800线,此时最好用黑白监视器。
测试时可在远景物聚焦,也可边测边聚焦。
最好能两者兼用,可看出此摄像机的差异(对远近会聚)。
2.彩色还原性的测试:
测试此参数应选好的彩色监视器。
首先远距离观察人物、服饰,看有无颜色失真,拿色彩鲜明的物体对比,看摄像机反应灵敏度,拿彩色画册放在摄像机前,看画面勾勒得清晰程度,过淡或过浓,再次应对运动的彩色物体进行摄像,看有无彩色拖尾、延滞、模糊等。
测试条件如此摄像最代照度在50V时应在50+10V照度情况下测量,即每摄像机最代照度基础上加十伏,且光圈应保持最接近状态。
3.照度:
将摄像机置于暗室,暗室前后为有源220V自炽灯,处设调压器,以调压器调节电压高代来调节暗室内灯的明暗,电压可以从0V调到250V。
室内光照也可从最暗调至最明,测试时把摄像机光圈均开至最大时记录下一个最低照度值(把有源灯用调压器调暗至看不清暗室内置画面)再把光圈打至最小再记录下一个最低照度值,也可前后灯分别调压明灭。
4.逆光补偿:
测试此参数有两种方法:
一种是在暗室内,把摄像机前侧调压灯打开,调至最亮时,然后在灯的下方放置一图画或文字,把摄像机迎光摄像,看图像和文字能否看清,画面刺不刺眼,并调节AL、AX拔档开关,看有无变化,哪种效果最好。
另一种是在阳光充足的情况下把摄像机向窗外照,此时看图像和文字能否看清楚。
5.球型失真:
看球型失真把测试卡置于摄像机前端使整个球体出现在屏幕上,看圆球形有无椭圆,把摄像机前移,看圆中心有无放大,再远距离测试边、角、框有无弧形失真等。
6.耗电量:
最低工作电压,使用万用表测量电流,使用小稳压器调节电压看
监控图象传输方式分析
在监控系统中,监控图象的传输是整个系统的一个至关重要的环节,选择何种介质和设备传送图象和其它控制信号将直接关系到监控系统的质量和可靠性。
目前,在监控系统中用来传输图象信号的介质主要有同轴电缆、双绞线和光纤,对应的传输设备分别是同轴视频放大器、双绞线视频传输设备和光端机。
要组建一个高质量的监控网络,就必须搞清楚这三种主要传输方式的特点和使用环境,以便针对实际工程需要采取合适的传输介质和设备。
1同轴电缆和同轴视频放大器
一提起图象传输,人们首先总会想起同轴电缆,因为同轴电缆是较早使用,也是使用时间最长的传输方式。
同时,同轴电缆具有价格较便宜、铺设较方便的优点,所以,一般在小范围的监控系统中,由于传输距离很近,使用同轴电缆直接传送监控图象对图象质量的损伤不大,能满足实际要求。
但是,根据对同轴电缆自身特性的分析,当信号在同轴电缆内传输时其受到的衰减与传输距离和信号本身的频率有关。
一般来讲,信号频率越高,衰减越大。
视频信号的带宽很大,达到6MHz,并且,图象的色彩部分被调制在频率高端,这样,视频信号在同轴电缆内传输时不仅信号整体幅度受到衰减,而且各频率分量衰减量相差很大,特别是色彩部分衰减最大。
所以,同轴电缆只适合于近距离传输图象信号,当传输距离达到200米左右时,图象质量将会明显下降,特别是色彩变得暗淡,有失真感。
在工程实际中,为了延长传输距离,要使用同轴放大器。
同轴放大器对视频信号具有一定的放大,并且还能通过均衡调整对不同频率成分分别进行不同大小的补偿,以使接收端输出的视频信号失真尽量小。
但是,同轴放大器并不能无限制级联,一般在一个点到点系统中同轴放大器最多只能级联2到3个,否则无法保证视频传输质量,并且调整起来也很困难。
因此,在监控系统中使用同轴电缆时,为了保证有较好的图象质量,一般将传输距离范围限制在四、五百米左右。
另外,同轴电缆在监控系统中传输图象信号还存在着一些缺点:
1)、同轴电缆本身受气候变化影响大,图象质量受到一定影响;
2)、同轴电缆较粗,在密集监控应用时布线不太方便;
3)、同轴电缆一般只能传视频信号,如果系统中需要同时传输控制数据、音频等
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