安防基础知识-视频监控系统的选择与技术说明.doc

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安防基础知识-视频监控系统

低照度摄像机的正确认识谓照度？

照度（LUX）数值达到多少为低照度？

多少数值能适应摄取影像的周围环境？

    照度为一亮度单位，顾名思义，是指摄像机在摄取影像时，对周围环境照明亮度的需求，1LUX大约等于1烛光在1米距离的照度，我们在摄像机参数规格中常见的最低照度（MINIMUM.ILLUMINATION），表示该摄像机只需在所标示的LUX数值下，即能获取清晰的影像画面，此数值越小越好，说明CCD的灵敏度越高。

同样条件下，黑白摄像机所需的照度远比尚须处理色彩浓度的彩色摄像机要低10倍。

    一般情况：

夏日阳光下为100，000LUX；阴天室外为10000LUX；室内日光灯为100LUX；距60W台灯60CM桌面为300LUX；电视台演播室为1000LUX；黄昏室内为10LUX；夜间路灯为0.1LUX；烛光（20CM远处）10～15LUX。

    目前市场上标榜的低照度摄像机无论是厂商或是进口商，对低照度的定义众说纷纭，莫衷一是，彩色摄像机从0.0004LUX～1LUX，黑白摄像机从0.0003～0.1LUX均有，（若搭配红外线，则均可达0LUX），这就是国内市场在CCTV产业的技术规格方面并无统一标准，而产生各说各话的情况。

超动态（superdynamic）实际也就是动态展宽。

松下公司在cp450/cp650/bp550等第三代摄象机中均采用啦该技术，可以有效扩展ccd感光成像时的动态范围，比一般摄象机提高40倍，从某种意义上说，超动态技术就是背光补偿的升级。

   超动态技术的核心是采用了新型的双速ccd图象传感器，能在同一时间对场景进行长短不同时间的曝光，即以标准快门速度读出并传输标准信号，而以较快的快门速度读出和传输高亮度信号。

而后长短时间曝光信号在专用的图象处理集成电路（mn67352）中进行信号分离及时间周期变换并适当合成，再经适当的加码校正、数摸转换，从而输出扩展了40倍的动态范围图象。

   随后的460进一步改进了超动态技术，此为超动态二代（super  dynamic2）技术，也就是我们俗称的超动态，他的动态范围比一般高出80倍

   第二代超动态仍利用了双速ccd图象传感器并采用了数字信号处理技术，长时间曝光（1/50s）可使画面上处于背光的主体图象清晰可见，短时间曝光（1/2000-1/4000s）则可使画面上强光部分层次分明而不置曝光过度，然后通过增强的数字处理技术将两副画面中的图象质量较好的部分加以合成，即可以得到全面清晰的画面。

    二代超动态还采用了独立的agc电路和数字拐点电路（knee  circuit）。

二代超动态采用两组agc电路，可以独立的对长时间曝光信号及短时间曝光信号分别处理并使其最佳化，避免s/n比降低问题。

由于两组agc电路具有不同的起控点，因此在摄象机输出特性曲线上出现了两个拐点。

    二代超动态还增加了可辨识的灰度级层次，即：

对黑色参考电平使用阶层式校正电路，并允许最低电平增益值可机动调整，利用正确的黑色参考电平可使图象更加稳定，也就是说，图象最黑的部分会呈现应有的黑色。

    二代超动态还采用了先进的数字降噪（dnr）电路、增益调整电路和数字2r滤波器，可将ccd的感光度提升12db（其中7db由dnr电路提供），使最低照度改善到08lux。

相对于一般摄象机的3-100lux和一代超动态3-3000lux的照度范围，二代达到了0.8-10000lux

CCD摄象机的选择参考

    市场上大部分摄像头采用的是日本SONY、SHARP、松下、LG等公司生产的芯片，现在韩国也有能力生产，但质量就要稍差一点点。

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，而且不需要其它专用仪器。

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可以很好的还原景物的色彩，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，如果用于此类工作，一定要仔细挑选。

                       镜头的选择和主要参数     

摄像机镜头是视频监视系统的最关键设备，它的质量（指标）优劣直接影响摄像机的整机指标，因此，摄像机镜头的选择是否恰当既关系到系统质量，又关系到工程造价。

镜头相当于人眼的晶状体，如果没有晶状体，人眼看不到任何物体；如果没有镜头，那么摄像头所输出的图像就是白茫茫的一片，没有清晰的图像输出，这与我们家用摄像机和照相机的原理是一致的。

当人眼的肌肉无法将晶状体拉伸至正常位置时，也就是人们常说的近视眼，眼前的景物就变得模糊不清；摄像头与镜头的配合也有类似现象，当图像变得不清楚时，可以调整摄像头的后焦点，改变CCD芯片与镜头基准面的距离（相当于调整人眼晶状体的位置），可以将模糊的图像变得清晰。

由此可见，镜头在闭路监控系统中的作用是非常重要的。

工程设计人员和施工人员都要经常与镜头打交道：

设计人员要根据物距、成像大小计算镜头焦距，施工人员经常进行现场调试，其中一部分就是把镜头调整到最佳状态。

１、镜头的分类  

按外形功能分  按尺寸大小分  按光圈分  按变焦类型分  按焦距长矩分  

球面镜头  1”25mm  自动光圈  电动变焦  长焦距镜头  

非球面镜头  1/2”3mm  手动光圈  手动变焦  标准镜头  

针孔镜头  1/3”8.5mm  固定光圈  固定焦距  广角镜头  

鱼眼镜头  2/3”17mm  　  　  　  

（１）以镜头安装分类:

所有的摄象机镜头均是螺纹口的，ＣＣＤ摄象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17.526mm。

ＣＳ安装座：

特种Ｃ安装，此时应将摄象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12.5mm。

如果要将一个Ｃ安装座镜头安装到一个ＣＳ安装座摄象机上时，则需要使用镜头转换器。

（２）以摄象机镜头规格分类:

摄象机镜头规格应视摄象机的ＣＣＤ尺寸而定，两者应相对应。

即摄象机的ＣＣＤ靶面大小为１／２英寸时，镜头应选１／２英寸。

摄象机的ＣＣＤ靶面大小为１／３英寸时，镜头应选１／３英寸。

摄象机的ＣＣＤ靶面大小为１／４英寸时，镜头应选１／４英寸。

如果镜头尺寸与摄象机ＣＣＤ靶面尺寸不一致时，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（manualiris）和自动光圈（autoiris）之分，配合摄象机使用，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亦作自动调整，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象机输送到透镜来控制镜头上的光圈，称为视频输入型，另一类则利用摄象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，可以整个画面的平均亮度，也可以画面中最亮部分（峰值）来设定基准信号强度，供给自动光圈调整使用。

一般而言，ＡＬＣ已在出厂时经过设定，可不作调整，但是对于拍摄景物中包含有一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，它们是：

在诸如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，应使用自动光圈镜头。

（４）以镜头的视场大小分类:

标准镜头：

视角３０度左右，在１／２英寸ＣＣＤ摄象机中，标准镜头焦距定为１２mm，在１／３英寸ＣＣＤ摄象机中，标准镜头焦距定为８mm。

广角镜头：

视角９０度以上，焦距可小于几毫米，可提供较宽广的视景。

远摄镜头：

视角２０度以内，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（zoomlens）：

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-focuslens）：

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。

变焦镜头可通过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，可作广角、标准或远望等镜头使用。

1）　定焦距：

焦距固定不变，可分为有光圈和无光圈两种。

    •有光圈：

镜头光圈的大小可以调节。

根据环境光照的变化，应相应调节光圈的大小。

光圈的大小可以通过手动或自动调节。

人为手工调节光圈的，称为手动光圈；镜头自带微型电机自动调整光圈的，称为自动光圈。

    •无光圈：

即定光圈，其通光量是固定不变的。

主要用光源恒定或摄像机自带电子快门的情况。

    2）　变焦距：

焦距可以根据需要进行调整，使被摄物体的图像放大或缩小。

    　　常用的变焦镜头为六倍、十倍变焦。

    　　三可变镜头：

可调焦距、调聚焦、调光圈。

    　　二可变镜头：

可调焦距、调聚焦、自动光圈。

       注释：

    　　变焦镜头--焦平面的位置固定，而焦路可连续调节的光学系统。

变焦是通过移动镜头内部的镜片，改变它们之间的相对位置而实现的。

这样就可以在一定范围内改变镜头的焦距长度和视角。

    　　焦距--透镜中心或其第二主平面到图像聚集点处的距离。

单位一般为毫米或英寸。

    　　光圈--位于摄像机镜头内部分的、可以调节的光学机械性阑也，可用来控制通过镜头的光线的多少。

    　　自动光圈--镜头内的隔膜装置，可根据电视摄像机传来的视频信号自行调节，以适应光照强度的变化。

光圈隔膜通过打开或关闭光圈来控制通过镜头传送的光线。

典型的补偿范围是10000-1到300000-1。

２、选择镜头的技术依据  

（１）镜头的成像尺寸应与摄象机ＣＣＤ靶面尺寸相一致，如前所述，有１英寸、２／３英寸、１／２英寸、１／３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，但对拥护而言，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。

由于摄象机ＣＣＤ靶面大小已经标准化，如１／２英寸摄象机，其靶面为宽6.4mm＊高4.8mm，１／３英寸摄象机为宽4.8mm＊高3.6mm。

因此对１／２英寸格式的ＣＣＤ靶