视频安防监控系统(CCTV)介绍Word文档格式.doc
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要搞清楚这个问题,首先要了解安防监控的特点。
早期的安防系统就是这样,把泊来、拿来的各种技术和设备去构成安防系统。
大家知道;
一个完整的安防系统应具有如下三个基本要素:
1.探测
能及时地发现防范区域内的各种异常现象。
安防系统探测的对象主要是人,或人的行为。
非法的行为我们称之谓入侵,所以安防系统的探测又称入侵探测。
实现探测的设备为报警(探测)器,红外探测和微波探测是最常用的探测技术。
早期探测器设计的很简单,比如被动红外探测器,与门控用和节水用的红外传感器没有什么差别,因此、误报警率很高。
其它一些报警器也是如此,所以误报警率高成了困扰早期安防系统的一大难题。
2.环境监控
安防系统要能对探测的结果作出评价(判断其真伪),要能控制事件发生的过程,了解事件处置的结果,必须具备监控的手段。
在早期安防系统中用声音来进行监控较多,成本也比较低廉。
随着电视技术的成熟和普及,图像监控成了主要的手段。
由于图像信息量大、实时性好,并具有主动探测的能力,逐渐成了安防系统的核心技术,在安防系统中占有很大的比重。
现如今,有安防必有视频监控已成了定式。
3.周界管理和出入控制
安防系统要有明确的防范区域,即周(边)界。
通过各种物理的、技术(电子)的手段,组成一个封闭的周界,并通过与周界结合的出入口,对人、物的出入进行管理和控制。
安防系统应保证合法出入防范区域的人和物的通畅,有效地发现和阻止非法的出入。
显然,门禁是适合出入控制的常用设备。
高强度的门配高安全的(防盗)锁是最古老的门禁设备,电子控制、采用特征识别技术的系统是现代门禁的典型方式。
但两者的构成要素是相同的。
当安全表现为一种明显的社会需求,采用拿来主义,借鉴和应有相关的技术,很快地实现安全的基本要素,满足社会的安全需求是自然的事,是必然的过程。
但是这种方式一定会陆续发现一些严重的问题和不足。
就像上面提到的误报警率高的问题。
于是、人们开始改造这些拿来的技术,形成安防监控的研究方向,开始出现安防特有的技术和产品。
这就是安防监控发生、发展的轨迹。
下面我们作个归纳和总结:
一项技术(产品)被用于安全的目的,由此产生了功能、结构以及系统运行管理上的特点,这些特点是由安全目标的特殊性、安防系统探测对象的特殊性所决定,它包括特殊的功能和性能要求、特定的体系结构(应用模式)以及特别的评价标准和方法。
为适应这些特点所进行的研究成为安防监控研究的一个方向,一个个方向构成了安防监控的体系,产生了安防系统的专用的技术、产品。
视频监控就是一门被用于安全的技术,早期的应用就是实时监视,作为报警系统的复核手段,如同一般工业电视系统。
逐渐地、人们开始开发它更多的功能,以满足安全特殊的要求。
利用视频监控人在特殊环境下获得图像信息,于是、出现了日/夜转换、红外摄像、特殊的防护装置等高灵敏度、适应严酷环境的安防专用摄像设备;
数字视频技术的出现,极大地促进了视频监控在安防系统中的应用,产生专门应用于安防系统的产品和系统,如数字视频记录设备(DVR)、视频网关、远程视频监控系统等。
这些产品和应用模式是安防系统所独具的,是为满足安全需求而产生的;
随着数字视频应用的深入,实时监控已不能满足安全的需求了,对图像的自动理解,使之具有探测和预警功能,成为视频监控技术主要的研究方向。
也成为拉动安防监控发展的主导技术。
因此、可以说:
安防系统是电视技术的一个重要的应用领域,也可以说:
视频监控(特别是上述的专用技术和产品)是安防监控的一个重要的部份。
其它一些技术也是如此,比如、红外探测技术是最早应用在安全领域的探测手段,但是安防系统的特殊要求(探测的真实性)促使安防科技人员进行了探测元结构、信号处理技术上的改进和专业化的设计,使之成为独具特色的入侵探测设备和系统。
一门应用技术的发展,除了要充分利用其它通用技术的提供的基础外、注意突出自己的特点是很重要的。
凡事预则立、不预期则废,突出了特点,就找到了方向,就会有许多课题摆在我们面前。
以往、我们比较注意强调安全应用的特点,或强调安全应用目的的重要性,用一种神秘感和特殊性把安防监控隐蔽起来。
这样会忽略了去寻找和建立(形成)技术上的特点,从而影响了安防监控自身的发展。
突出安防监控的特点,就是要深层次地理解安全的需求,要探索安全领域潜在的需求。
加强应用基础研究,加强前沿学科的研究和探索。
实现技术导向,促进安防监控的发展。
安防监控是在其它学科的基础上,在通用的技术环境下(技术、平台、芯片等)发展起来,逐渐地形成了自己的产品、系统,形成了自己的特点和专门的技术方向。
在这些方向上开展的基础研究、应用基础研究,将会产生安防所特有的技术、平台、芯片等。
这时、我们会说:
安防监控是一门独立的学科,而这个学科最主要的特点是处于其它学科的边缘和多学科交叉。
2、安防监控带给企业的好处
视频监控是通过摄像头监看、服务器对监视的画面进行录像,并具备视频采集与处理功能、管理功能和控制功能。
它不仅可以对监控现场进行不间断实时监视,还可通过各种存储媒体将监视内容清晰地记录下来以备随时查证,因此,在企业内建立一套完善的监控系统,可以改善现场管理、加强安全保卫防范力度,并可为企业实现安全现代化管理创造极有利的条件,提高综合生产管理水平。
视频监控作为一种安防、管理的手段,将为你带来以下作用:
2.1管理上带来的好处
●由于有监控监视,可以直接提高员工(员工、服务员、保安、收银员、经理)的工作效率,起到监督员工的效果。
●公司的领导在外面也可以随时随地通过监控了解单位的运作,可以发现老板不在时出现的问题,并及时解决企业管理出现的问题;
●安装了监控就每个出入口进出厂门的车辆、人员进行完全监控,车辆包括车牌、车型,人员包括面孔、所携物品等。
2.2安全上带来的好处
减少被盗、抢劫等暴力突发案件发生,即使发生也可以通过监控找出嫌犯,保护了客户的财产损失。
●避免员工“遗失”物品纠纷案件发生,有了监控,从心理直接让他们望而止步。
●公安局可以通过厂矿里安装的监控点录像的调用,可以大大的提高破案及抓捕犯罪嫌疑人的效率,让嫌疑人从心理不敢和“你”接近,离开不必要的危险和麻烦。
●针对企业内部发生的打架闹事事件进行视频录像,然后可以拷贝送到相关部门。
2.3监控带来的心理感受
●对员工(有一种无形的督促);
●对客户(安全系数比较高);
●对管理者(老板多了一双千里眼)。
2.4远程监控的作用
借助于远程监控可以实现现场运行数据的实时采集和快速集中,获得现场监控数据,为远程故障诊断技术提供了物质基础;
通过远程监控,技术人员无须亲临现场或恶劣的环境就可以监视并控制生产系统和现场设备的运行状态及各种参数,从而减少值守工作人员,最终实现远端的无人或少人值守,达到减员增效的目的。
越来越多的企业集团呈跨地域的发展趋势,利用网络技术实现远程监控,对企业降低生产成本,提高劳动生产率,提高企业产品的科技含量,以及增强企业的综合竞争实力等方面都具有十分重要的意义
3、安防监控系统的组成
对于安防监控系统,根据系统各部分功能的不同,我们将整个安防监控系统划分为七层——表现层、控制层、处理层、传输层、执行层、支撑层、采集层。
当然,由于设备集成化越来越高,对于部分系统而言,某些设备可能会同时以多个层的身份存在于系统中。
3.1表现层
表现城是我们最直观感受到的,它展现了整个安防监控系统的品质。
如监控电视墙、监视器、高音报警喇叭、报警自动驳接电话等等都属于这一层。
3.2控制层
控制层是整个安防监控系统的核心,它是系统科技水平的最明确体现。
通常我们的控制方式有两种——模拟控制和数字控制。
模拟控制是早期的控制方式,其控制台通常由控制器或者模拟控制矩阵构成,适用于小型局部安防监控系统,这种控制方式成本较低,故障率较些但对于中大型安防监控系统而言,这种方式就显得操作复杂且无任何价格优势了,这时我们更为明智的选择应该是数字控制。
数字控制是将工控计算机作为监控系统的控制核心,它将复杂的模拟控制操作变为简单的鼠标点击操作,将巨大的模拟控制器堆叠缩小为一个工控计算机,将复杂而数量庞大的控制电缆变为一根串行电话线。
它将中远程监控变为事实、为Internet远程监控提供可能。
但数字控制也不是那么十全十美,控制主机的价格十分昂贵、模块浪费的情况、系统可能出现全线崩溃的危机、控制较为滞后等等问题仍然存在。
3.3处理层
处理层或许该称为音视频处理层,它将有传输层送过来的音视频信号加以分配、放大、分割等等处理,有机的将表现层与控制层加以连接。
音视频分配器、音视频放大器、视频分割器、音视频切换器等等设备都属于这一层。
3.4传输层
传输层相当于安防监控系统的血脉。
在小型安防监控系统中,我们最常见的传输层设备是视频线、音频线,对于中远程监控系统而言,我们常使用的是射频线、微波,对于远程监控而言,我们通常使用Internet这一廉价载体。
值得一提的是,新出现的传输层介质——网线/光纤。
大多数人在数字安防监控上存在一个误区,他们认为控制层使用的数字控制的安防监控系统就是数字安防监控系统了,其实不然。
纯数字安防监控系统的传输介质一定是网线或光纤。
信号从采集层出来时,就已经调制成数字信号了,数字信号在目前已趋成熟的网络上跑,理论上是无衰减的,这就保证远程监控图像的无损失显示,这是模拟传输无法比拟的。
当然,高性能的回报也需要高成本的投入,这是纯数字安防监控系统无法普及最重要的原因之一。
执行层
执行层是我们控制指令的命令对象,在某些时候,它和我们后面所说的支撑诚、采集层不太好截然分开,我们认为受控对象即为执行层设备。
比如:
云台、镜头、解码器、球等等。
支撑层
顾名思义,支撑层是用于后端设备的支撑,保护和支撑采集层、执行层设备。
它包括支架、防护罩等等辅助设备。
采集层
采集层是整个安防监控系统品质好坏的关键因素,也是系统成本开销最大的地方。
它包括镜头、摄像机、报警传感器等等
4、安防监控系统的分类
依传输部分的传输方式分类,安防监控系统主要分为如下几类:
1、同轴电缆传输监控系统:
雷电防护重点在于传输电缆的两端线路接口防护及传输电缆自身的保护;
2、双绞线传输监控系统:
雷电防护重点在于,前端及终端的电源防护及双绞线接口防护;
3、光缆传输监控系统:
雷电防护重点在于,前端及终端的电源防护及光缆自身屏蔽铠层及加强筋的防护;
4、微波传输监控系统:
防护重点在于,前后两站无线设备的自身直击雷防护。
5、安防监控摄像机
5.1安防监控摄像机分类
摄象机分类
安全防范系统中,图像的生成当前主要是来自
ccd
摄像机
ccd
是电荷耦合器件(
charge
coupled
deice)
的简称,它能够将光线变为电荷并将电荷存储及转移,也可将存储之电荷取出使电压发生变化,因此是理想的摄像机元件,以其构成的
摄像机具有体积小、重量轻、部受磁场影响、具有抗震东和撞击之特性而被广泛应用。
摄像机大致可分为下列几大类:
5.1.1依成像色彩划分
(1)
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。
因有颜色而使信息量增大,信息量一般认为是黑白摄像机的
10
倍。
(2)
黑白摄像机:
是用于光线不足地区及夜间无法安装照明设备的地区,在仅监视景物的位置或移动时,可选用分辨率通常高于彩色摄像机的黑白摄像机。
5.1.2依摄像机分辨率划分
影像像素在
25
万像素(
pixel
)左右、彩色分辨率为
330
线、黑白分辨率
420
线左右的低档型。
万
~38
万之间、彩色分辨率为
线、黑白分辨率在
500
线上下的中档型
(3)
影像在
38
万点以上、彩色分辨率大于或等于
480
线、黑白分辨率,
570
线以上的高分辨率。
5.1.3依摄像机灵敏度划分
(1)普通型:
正常工作所需照度为
1~3lux
(2)
月光型:
0.1
lux
左右
(3)
星光型:
0.01
以下
(4)
红外照明型:
原则上可以为零照度,采用红外光源成像。
5.1.4按摄像元件的
靶面的大小划分
(1)l
inch
靶面尺寸为宽
12.7mmx
高
9.6mm
对角线
16mm
(2)2/3inch
8.8mmx
6.6mm
11mm
(3)1/2inch
6.4mmx
4.8mm
8mm
(4)1/3inch
4.8mmx
3.6mm
6mm
(5)1/4inch
3.2mmx
2.4mm
4mm
(6)1/5inch
正在开发之中,尚未推出正式产品
此外
摄像机有
pal
制和
ntsc
制之分,还可以按图像信号处理方式划分或按摄像机结构区分。
5.2安防监控摄像机参数说明
5.2.1镜头
镜头是摄像机的眼睛,为了适应不同的监控环境和要求,需要配置不同规格的镜头。
比如在室内的重点监视,要进行清晰且大视场角度的图像捕捉,得配置广角镜头;
在室外的停车场,既要看到停车场全貌,又要能看到汽车的细部,这时候需要广角和变焦镜头,在边境线、海防线的监控,需要超远图像拍摄。
1、镜头的主要参数
焦距(f):
焦距是镜头和感光元件之间的距离,通过改变镜头的焦距,可以改变镜头的放大倍数,改变拍摄图像的大小。
当物体与镜头的距离很远的时候,我们可用下面公式表达:
镜头的放大倍数≈焦距/物距。
增加镜头的焦距,放大倍数增大了,可以将远景拉近,画面的范围小了,远景的细节看得更清楚了;
如果减少镜头的焦距,放大倍数减少了,画面的范围扩大了,能看到更大的场景。
镜头的主要参数
视场角:
在工程实际中,我们常用水平视场角来反映画面的拍摄范围。
焦距f越大,视场角越小,在感光元件上形成的画面范围越小;
反之,焦距f越小,视场角越大,在感光元件上形成的画面范围越大。
光圈:
光圈安装在镜头的后部,光圈开得越大,通过镜头的光量就越大,图像的清晰度越高;
光圈开得越小,通过镜头的光量就越小,图像的清晰度越低。
通常用F(光通量)来表示。
F=焦距(f)/通光孔径。
在摄像机的技术指标中,我们可以常常看到6mm/F1.4这样的参数,它表示镜头的焦距为6mm,光通量为1.4,这时我们可以很容易地计算出通光孔径为4.29mm。
在焦距f相同的情况下,F值越小,光圈越大,到达CCD芯片的光通量就越大,镜头越好。
2、镜头的分类
2.1按视角的大小分类
2.2按光圈分类
5.2.2提高图像清晰的根本在于提高摄像机的感光能力
1、感光元件的作用
目前,主流监控摄像机的感光元件采用CCD元件,实际上就是光电转换元件。
和以前的CMOS感光元件相比,CCD的感光度是CMOS的3到10倍,因此CCD芯片可以接受到更多的光信号,转换为电信号后,经视频处理电路滤波、放大形成视频信号输出。
接受到的光信号越强,视频信号的幅值就越大。
视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到视频图像。
提高图像清晰的根本就在于提高摄像机的感光能力。
2、镜头与CCD感光元件的配置
在图一中我们可以看到,CCD传感器上形成的图像比原始图像小,CCD芯片成像面的尺寸规格不同,形成的图像大小也不同。
CCD的成像尺寸常用的有1/2英寸、1/3英寸,CCD的尺寸规格决定了摄像机的规格。
镜头与CCD感光元件的配置
CCD的成像尺寸,也就是摄像机画面宽度和高度的比例与电视机画面宽度和高度比例一样,通常为4:
3。
这样保证了摄像机的视频图像在显示器上的图像不变形。
镜头的规格也分为1/2英寸、1/3英寸等,1/2英寸的镜头可用于1/2英寸、1/3英寸的摄像机;
而1/3英寸的镜头只能用于1/3英寸的摄像机,不能用于1/2英寸的摄像机,这是因为1/3英寸镜头光通量只有1/2英寸镜头光通量的44%,不能满足1/2英寸的摄像机的光通量要求。
镜头焦距的配置我们还是以图一来说明。
确定合适的焦距,是决定图像质量重要因素。
f=vD/Vf=hD/H。
其中,f代表焦距,v代表CCD成像尺寸的高度,V代表被观测物体高度,h代表CCD成像尺寸的宽度,H代表被观测物体宽度,D代表物体到镜头的距离。
假设用1/3”CCD摄像头观测,被测物体宽500毫米,高400毫米,镜头焦点距物体5000毫米。
由公式可以算出:
焦距f=4.8×
5000/500≈48毫米或焦距f=3.6×
5000/400≈45毫米。
5.2.3如何在光照条件很差的环境中拍摄到清晰的图像
监控摄像机要求能在夜晚光照条件很差甚至是没有光的环境中,也能拍摄到清晰图像。
在摄像机的指标中,我们常常可以看到低照度这一项。
1、照度的概念
照度是测量摄像机感光度的单位,用勒克司(Lux)表示,也就是摄像机能在多暗的光照条件下拍摄到图像。
勒克司(Lux)的值越低,表明摄像机能在光照条件更低的情况下拍摄到清晰的图像。
我们知道摄像机产生的视频信号标称值为1v,标准值为700mv,比如采用光圈为F1.2的镜头,当被拍摄景物的照度值为0.02Lux时,摄像机输出的视频信号幅值为标准幅值700mv的33%-50%,这时摄像机的最低照度为0.02Lux/F1.2。
测试最低照度值必须注意镜头光圈大小,F值越小,光圈越大,需要的照度越低。
不同的光圈,最低照度值是不同的。
2、实现低照度摄象的方案
我们知道CCD摄像机可以分为彩色与黑白摄像机,普通摄像机的最低照度见下表。
普通摄像机的最低照度
可见光的波长范围为380nm~780nm,可见光波长由长到短分为红、橙、黄、绿、青、兰、紫,波长比紫光短的称为紫外光,波长比红外光长的称为红外光。
CCD传感器表面有一层吸收紫外的透明电极,所以CCD不能接受紫外光。
普通彩色摄像机的CCD芯片上有红、绿、蓝三色滤光条,所以彩色摄像机不能感受红外光。
而普通CCD黑白摄像机的光谱范围很宽,不仅能感受可见光,而且可以感受红外光。
根据以上原理,在光照条件很差的环境中,工程师们常常采用以下方案拍摄到清晰的图像。
(1)、普通低照度CCD黑白摄像机+红外灯
在监控现场安装红外灯辐射“照明”,产生人眼看不见而普通摄像机能捕捉到的红外光,通过CCD黑白摄像机可以实现夜间拍摄。
(2)、彩色转黑白摄像机+红外灯
所谓彩色转黑白摄像机就是指白天是彩色摄像机,到了晚上光照条件很差的时候,利用黑白图像对红外线感度较高的特点,自动切换为黑白方式,在红外线的配合下进行拍摄。
和红外灯配合时候,低照度摄像机必须满足红外灯支持的最低照度。
(3)、红外低照度彩色摄像机
红外低照度彩色摄像机的红外感度比一般摄像机高4倍以上,可以在零照度(0Lux)下工作。
红外低照度彩色摄像机
(4)低速快门摄像机
低速快门摄像机又称画面累积型摄像机,通过电脑连续存储多帧(最多达128帧)因光线不足而较模糊的画面,并累积起来,成为清晰的画面,借助SLOWSHUTTER技术,实现在0.008LUX/F1.2照度下进行拍摄。
这种低照度摄像机适用于禁止红、紫外线破坏的博物馆、夜间生物活动观察、夜间军事海岸线监视等。
(5)、超低照度摄像机
超低照度摄像机采用EXVIEWHAD技术大大提高了感光度,其彩色照度可达0.05LUX,黑白则可达0.003-0.001LUX。
当配用专用的红外设备,可以得到高清晰度的黑白图像,实现0Lux下拍摄。
5.2.4摄像机的控制
为了扩大监控范围,要求监控摄像机能实现旋转、变焦、变放大倍数,自动聚焦等。
这些功能的实现,需要数字硬盘录象机通过控制器对摄像机进行控制。
1、旋转控制
工程师们利用云台来安装和固定摄像机,云台分为固定云台和电动云台。
固定云台适用于监视范围不大的情况,在固定云台上安装好摄像机后,调整摄像机的水平和俯仰角度,达到最好的工作状态后锁定调整机构就可以了。
电动云台安装了步进电机,电机接受来自控制器的信号,带动摄像机旋转实现精确定位,适用于大范围监控。
云台根据其回转的特点可分为只能左右旋转的水平旋转云台和既能左右旋转又能上下旋转的全方位云台。
一般来说,水平旋转角度为0°
~350°
,垂直旋转角度为+90°
。
恒速云台的水平旋转速度一般在3°
~10°
/s,垂直速度为4°
/s左右。
变速云台的水平旋转速度一般在0°
~32°
/s,垂直旋转速度在0°
~16°
在一些高速摄像系统中,云台的水平旋转速度高达480°
/s以上,垂直旋转速度在120°
/s以上。
2、实现电动变焦、变倍、自动聚焦
(1)所谓一体化摄像机就是使镜头、CCD芯片、视频处理电路、电源、机壳整合为一个整体,可以实现电动变焦、变倍、自动聚焦功能。
能否快速、准确的实现自动聚焦是评价一体化摄像机品质的关键。
好的产品可以一次性准确聚焦,而品质不好的产品,在聚焦时会来回往复,需要多次才能定焦。
目前的一体化摄像机以16、18、20、22、27、32倍变倍为主流,发展趋势是照度越来越低,光学倍数越来越高。
注意这里的变焦倍数是指光学变倍。
一体化摄像机的关键技术是镜头、CCD和DSP处理模块。
高档镜头主要被日本厂商所掌握,如Canon、Camputar、Avenir等。
CCD芯片以日本Sony为主,SonyCCD分为SuperHAD和Exview两种类型,其中Exview是最新技术,普遍采用1/4寸尺寸,性噪比高于SuperHAD;
在DSP处理芯片上,Sony的DSP芯片可以很好的处理图像色彩,使图像看上去十分鲜艳。
而Canon、Nikon的DSP在捕光模式和对焦上比较好。
(2)采用电动变焦镜头+普通摄像机
把电动变焦镜头和普通摄像机结合起来,利用普通摄像机视频驱动的原理,实现镜头焦距、光圈、聚焦的自动控制。
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