视频监控系统基础知识培训教程.docx

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视频监控系统基础知识培训教程

第一章视频监控系统的介绍

1。

1视频监控系统的现状

虽然中国安防产业的发展比国外发展较快的国家延迟了近20年，城市治安管理应用安防监控技术的起步较晚，但是实际上从90年代中期开始，我国就已经开始了较大规模的城市监控应用，随着中国经济建设的不断发展，安防产品的应用领域也越来越广泛（如政府机关、道路交通、教育、金融、电信、石油、电力水利等）,智能建筑、大型公共场所、工厂企业、商场、新型社区等大量增加，新增需求点越来越多；再有，随着居民收入的提高,消费水平和结构发生了较大的变化,人们的自我保护意识也有所改变，大多数人愿意通过安全产品保障自己的财产及生命安全,从而使安全产品的需求不断提高；另一方面,“911事件”以后国际恐怖活动猖獗,极大刺激了世界各国对安防产品的进口需求，同时，由政府推动的“应急体系"、“平安社会”、“平安城市”、“科技强警”、“3111”工程等重大项目的实施，也有力地促进了公安及社会各方面对安防产品需求的升温。

据统计2006年规模以上社会公共安全设备及器材企业实现工业总产值同比增长34.44%；2007年全国安防防范行业的市场规模为958亿元同比增长31.05%。

在宏观经济有利因素的带动下，预计2008年至2010年安全防范行业的增长率分别为23。

69％、23.70%、21。

39％。

安防产品市场按产品类别来分，可以划分为视频监控产品市场、出入控制产品市场、防盗报警产品市场、其他市场四部分,而视频监控产品是市场的主体占到总体的56。

5％。

我们的视频监控产品市场是非常大的。

在国内外市场上,主要推出的是数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两类产品。

前者技术发展已经非常成熟、性能稳定，并在实际工程应用中得到广泛应用；后者是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统,该系统解决了模拟系统部分弊端而迅速崛起，但仍需进一步完善和发展。

目前，视频监控系统正处在数控模拟系统与数字系统混合应用并将逐渐向数字系统过渡的阶段. 

前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化是视频监控系统公认的发展方向，而数字化是网络化的前提，网络化又是系统集成化的基础,所以，视频监控发展的最大两个特点就是数字化和网络化。

　　1、数字化 

　　数字化是21世纪的特征，是以信息技术为核心的电子技术发展的必然，数字化是迈向成长的通行证，随着时代的发展，我们的生存环境将变得越来越数字化。

　　视频监控系统的数字化首先应该是系统中信息流（包括视频、音频、控制等）从模拟状态转为数字状态,这将彻底打破“经典闭路电视系统是以摄像机成像技术为中心”的结构,根本上改变视频监控系统从信息采集、数据处理、传输、系统控制等的方式和结构形式。

信息流的数字化、编码压缩、开放式的协议，使视频监控系统与安防系统中其它各子系统间实现无缝连接,并在统一的操作平台上实现管理和控制,这也是系统集成化的含义. 

　　3、网络化 

　　视频监控系统的网络化将意味着系统的结构将由集总式向集散式系统过渡。

集散式系统采用多层分级的结构形式，具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统以实现抢先任务调度算法的快速响应。

组成集散式监控系统的硬件和软件采用标准化、模块化和系列化的设计，系统设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机界面友好以及系统安装、调试和维修简单化，系统运行互为热备份,容错可靠等优点。

系统的网络化在某种程度上打破了布控区域和设备扩展的地域和数量界限。

系统网络化将使整个网络系统硬件和软件资源的共享以及任务和负载的共享，这也是系统集成的一个重要概念。

1.2视频监控系统的构成简介

电视监控系统的英文缩写是:

CCTV（closed-circuittelevision）,闭路电视监控系统是一个跨行业的综合性保安系统，该系统运用了世界上最先进的传感技术、监控摄像技术、通讯技术和计算机技术，组成一个多功能全方位监控的高智能化的处理系统。

闭路电视监控系统因其能给人最直接的视觉、听觉感受，以及对被监控对象的可视性、实时性及客观性的记录，因而已成为当前安全防范领域的主要手段，被广泛应用。

.

　　一个完整的闭路电视监控系统主要由前端音视频数据采集设备、传送介质、终端监视、录像和控制设备组成。

　　前端设备:

是指系统前端采什么集音视频信息的设备。

操作者通过前端设备获取必要的声音、图像及报警等需要被监视的信息。

系统前端设备主要包括摄像机、镜头、云台、解码控制器、和报警探测器等.

　　传送介质：

是将前端设备采集到的信息传送到控制设备及终端设备的传输通道。

主要包括视频线、电源线和信号线，一般来说，视频信号采用同轴视频电缆传输，也可用光纤、微波、双绞线等介质传输。

　　控制设备：

是整个系统的最重要的部分，它起着协调整个系统运作的作用.人们正是通过控制设备来获取所需的监控功能.满足不同监控目的的需要.控制设备主要包括

音、视频矩阵切换控制器、控制键盘、报警控制器和操作控制台。

　　终端设备：

是系统对所获取的声音、图像、报警等信息进行综合后，以各种方式予以显示的设备.系统正是通过终端设备的显示来提供给人最直接的视觉、听觉感受，以及被监控对象提供的可视性、实时性及客观性的记录。

系统终端设备主要包括监视器、录像机等。

第二章摄像部分

2。

1摄像机的分类

摄像机依感光元器件可分为CCD摄像机和CMOS摄像机。

CCD和CMOS在制造上的主要区别是CCD是集成在半导体单晶材料上，而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上，工作原理没有本质的区别.

CCD是电荷耦合器件（chargecoupleddeice）的简称.CCD摄像机可以依成像色彩划分、分辨率划分、灵敏度划分、按CCD靶面大小划分等

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，可选用黑白摄像机.

2、依分辨率灵敏度等划分

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"和1/4”。

在购买摄像头时，特别是对摄像角度有比较严格要求的时候,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。

1英寸——靶面尺寸为宽12。

7mm*高9.6mm，对角线16mm。

2/3英寸-—靶面尺寸为宽8.8mm＊高6.6mm，对角线11mm。

1/2英寸——靶面尺寸为宽6.4mm*高4。

8mm，对角线8mm.

1/3英寸-—靶面尺寸为宽4.8mm*高3.6mm，对角线6mm。

1/4英寸--靶面尺寸为宽3。

2mm*高2。

4mm，对角线4mm。

4、按扫描制式划分

PAL制、NTSC制.中国采用隔行扫描（PAL）制式（黑白为CCIR），标准为625行,50场，只有医疗或其它专业领域才用到一些非标准制式.另外,日本为NTSC制式，525行,60场（黑白为EIA）。

5、依供电电源划分

110VAC（NTSC制式多属此类）；

220VAC

24VAC

12VDC

9VDC（微型摄像机多属此类）。

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,linelock）：

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，CCD又分为：

普通型正常工作所需照度1～3LUX

月光型正常工作所需照度0。

1LUX左右

星光型正常工作所需照度0.01LUX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、按动态范围分类

普通型：

普通摄像机可提供3:

1对比度的动态范围（人眼可接受的对比度为1000：

1）

宽动态:

宽动态的摄像机要求是在非常强烈的光照对比下也能看到影像的细节。

宽动态摄像机比传统只具有3:

1动态范围的摄像机超出了几十倍以上。

CCD和CMOS的区别

CCD传感器将信号电荷包按照一定的次序转移到一个公共的输出结构中，在这里信号电荷被转换为电压，同时作为一个缓冲区域将其送出.

CMOS图象传感器中，信号电荷到电压的转换在每个象素内部进行。

尽管CCD表示“电荷耦合器件”而CMOS表示“互补金属氧化物半导体”，从技术的角度比较，CCD与CMOS有如下四个方面的不同：

　　1.信息读取方式

　　CCD电荷耦合器存储的电荷信息,需在同步信号控制下一位一位地实施转移后读取，电荷信息转移和读取输出需要有时钟控制电路和三组不同的电源相配合，整个电路较为复杂。

CMOS光电传感器经光电转换后直接产生电流（或电压）信号,信号读取十分简单。

　　2。

速度

　　CCD电荷耦合器需在同步时钟的控制下，以行为单位一位一位地输出信息，速度较慢；而CMOS光电传感器采集光信号的同时就可以取出电信号,还能同时处理各单元的图像信息,速度比CCD电荷耦合器快很多。

这个优点使得CMOS传感器对于高帧摄像机非常有用，高帧速度能达到400到100000帧/秒。

　　3.电源及耗电量

　　CCD电荷耦合器大多需要三组电源供电，耗电量较大；CMOS光电传感器只需使用一个电源，耗电量非常小，仅为CCD电荷耦合器的1/8到1/10，CMOS光电传感器在节能方面具有很大优势。

　　4。

成像质量

　　CCD电荷耦合器制作技术起步早,技术成熟,采用PN结或二氧化硅（SiO2）隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS光电传感器有一定优势。

由于CMOS光电传感器集成度高，各光电传感元件、电路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰较严重,噪声对图像质量影响很大，使CMOS光电传感器很长一段时间无法进入实用。

近年，随着CMOS电路消噪技术的不断发展，为生产高密度优质的CMOS图像传感器提供了良好的条件。

　　此外，CCD与CMOS两种传感器在“内部结构”和“外部结构"上都是不同的:

　　1。

内部结构（传感器本身的结构）

CCD的成像点为X－Y纵横矩阵排列，每个成像点由一个光电二极管和其控制的一个邻近电荷存储区组成。

光电二极管将光线（光量子）转换为电荷（电子），聚集的电子数量与光线的强度成正比.在读取这些电荷时，各行数据被移动到垂直电荷传输方向的缓存器中.每行的电荷信息被连续读出，再通过电荷/电压转换器和放大器传感.这种构造产生的图像具有低噪音、高性能的特点。

但是生产CCD需采用时钟信号、偏压技术，因此整个构造复杂，增大了耗电量,也增加了成本。

　　CMOS传感器周围的电子器件，如数字逻辑电路、时钟驱动器以及模/数转换器等,可在同一加工程序中得以集成。

CMOS传感器的构造如同一个存储器，每个成像点包含一个光电二极管、一个电荷/电压转换单元、一个重新设置和选择晶体管，以及一个放大器，覆盖在整个传感器上的是金属互连器（计时应用和读取信号）以及纵向排列的输出信号互连器,它可以通过简单的X－Y寻址技术读取信号.

　　2.外部结构（传感器在产品上的应用结构）

　　CCD电荷耦合器需在同步时钟的控制下，以行为单位一位一位地输出信息，速度较慢；而CMOS光电传感器采集光信号的同时就可以取出电信号，还能同时处理各单元的图像信息，速度比CCD电荷耦合器快很多。

　　CMOS光电传感器的加工采用半导体厂家生产集成电路的流程，可以将数字相机的所有部件集成到一块芯片上，如光敏元件、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换器、图像信号处理器及控制器等，都可集成到一块芯片上，还具有附加DRAM的优点.只需要一个芯片就可以实现很多功能，因此采用CMOS芯片的光电图像转换系统的整体成本很低.

CMOS传感器提供高集成度、低功耗和在保证图象质量（尤其是低照度下）前提下的更小的系统体积和一定的灵活性。

它适合于对图象质量要求不高的大批量应用场合.这就决定了它最佳的应用场合是监控领域、视频会议、手持设备、条码扫描、传真、消费级扫描仪、玩具和汽车应用。

CCD则提供更好的像质及系统的灵活性，它仍然是高端图象应用的首选,例如数码相机、广播电视、高性能工业图象应用以及绝大多数科学研究和医疗应用场合.更进一步，CCD由于其灵活性可以获得比CMOS器件更强系统差异。

2.2摄像机的工作原理及主要技术参数

ChargeCoupledDevice（CCD）电荷耦合器件。

CCD是一种半导体装置,能够把光学影像转化为数字信号.CCD芯片就像人的视网膜,是摄像头的核心。

目前我国尚无能力制造，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.

CCD:

就像是人的眼睛，把光影像转成电子讯号,靠的就是上头的感光点,每一点就像一颗太阳能电池，被光照到后会产生电能,依照光的强度不同，会产生不同大小的电能.

V-Driver:

CCD里头每一点被光照到产生电能，就是靠这颗V—DRIVER，它会产生不同的脉波,把CCD每点的讯号”挤"出来.

CDS/AGC:

CCD挤出来的讯号,在这颗晶片内做滤波和放大，送进D。

S。

P

到以上阶段，记住!

全都是模拟讯号

D.S。

P:

重头戏来了,D.S.P是DigitalSignalProcessor的缩写,也就是数位讯号处理器，可是不是说CDS/AGC出来是模拟讯号吗？

因此DSP里头包了一颗Decoder（A/DConverter,模拟数位转换器），先把模拟转成数位，再做一大堆的运算（颜色，亮度，白平衡…..），然后再把数位转模拟（Encoder，也是包在DSP里头）,就是视频输出了。

挺复杂的,我们所谓的方案就是以用那颗DSP来说的）

T.G:

TimingGen:

这是在控制整个处理过程的快慢用的，现在一般看不到了,都包在DSP内了。

由这些摄像部分原理电路和电源模块电路等组成一个电路板—CCD板,加镜头即为单板机

c:

\iknow\docshare\data\cur_work\http：

\\view\18579。

htm-＃CCD彩色摄像机的主要技术参数

CCD尺寸：

亦即摄像机靶面。

CCD像素：

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.CCD是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。

现在市场上大多以25万和38万像素为划界，38

万像素以上者为高清晰度摄像机。

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

TVLINES）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

1MHz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。

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,2～3lux属一般照度，现在也有低于1lux的普通摄像机问世.

黑白摄像机的灵敏度大约是0.02—0.5Lux（勒克斯），彩色摄像机多在1Lux以上。

0.1Lux的摄像机用于普通的监视场合；在夜间使用或环境光线较弱时，推荐使用0.02Lux的摄像机。

与近红外灯配合使用时，也必须使用低照度的摄像机。

另外摄像的灵敏度还与镜头有关,0。

97Lux/F0.75相当于2。

5Lux/F1。

2相当于3.4Lux/F1。

参考环境照度：

　　夏日阳光下100000Lux阴天室外10000Lux　　

电视台演播室1000Lux60W台灯60cm桌面300Lux　　室内日光灯100Lux黄昏室内10Lux　　

20cm处烛光10—15Lux夜间路灯0。

1Lux

扫描制式：

有PAL制和NTSC制之分。

常见的电视信号制式是PAL和NTSC，另外还有SECAM等。

NTSC即正交平衡调幅制.PAL为逐行倒像正交平衡调幅制.

NTSC（美国全国电视标准委员会，NationalTelevisionStandardsCommittee）、PAL（逐行倒相,PhaseAlternateLine）以及SECAM（顺序传送与存储彩色电视系统，法国采用的一种电视制式,SEquentialCouleurAvecMemoire）.PAL电视标准，每秒25帧,电视扫描线为625线，奇场在前，偶场在后，标准的数字化PAL电视标准分辨率为720＊576,24比特的色彩位深，画面的宽高比为4：

3，PAL电视标准用于中国、欧洲等国家和地区.NTSC电视标准，每秒29。

97帧（简化为30帧）,电视扫描线为525线，偶场在前，奇场在后，标准的数字化NTSC电视标准分辨率为720*486,24比特的色彩位深,画面的宽高比为4：

3。

NTSC电视标准用于美、日等国家和地区.

摄像机电源:

交流有220V、110V、24V，直流为12V或9V。

信噪比：

典型值为46db,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.

视频输出：

多为1Vp—p、75Ω,均采用BNC接头。

镜头安装方式：

有C和CS方式,二者间不同之处在于感光距离不同。

镜像功能MIR:

图像左右相反,成镜像。

防闪烁FLK：

当有灯光闪烁的频率不一致导致闪烁时可调节至一致。

自动增益控制AGC

　　所有摄像机都有一个将来自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，可使其在微光下灵敏，然而在亮光照的环境中放大器将过载，使视频信号畸变。

为此,需利用摄像机的自动增益控制（AGC）电路去探测视频信号的电平，适时地开关AGC，从而使摄像机能够在较大的光照范围内工作，此即动态范围，即在低照度时自动增加摄像机的灵敏度,从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。

背光补偿BLC

　　通常,摄像机的AGC工作点是通过对整个视场的内容作平均来确定的，但如果视场中包含一个很亮的背景区域和一个很暗的前景目标，则此时确定的AGC工作点有可能对于前景目标是不够合适的,背景光补偿有可能改善前景目标显示状况。

当背景光补偿为开启时，摄像机仅对整个视场的一个子区域求平均来确定其AGC工作点，此时如果前景目标位于该子区域内时,则前景目标的可视性有望改善。

强光抑制ELC：

强光抑制功能是一种独有的背光补偿技术，它可以侦测是否存在强光点并给该区域提供所需的补偿获的更清晰的影像.在夜晚街道或停车场内读取车辆车牌上的号码时，强光抑制就非常有用了。

自动电子快门AES

　　在CCD摄像机内,是用光学电控影像表面的电荷积累时间来操纵快门。

电子快门控制摄像机CCD的累积时间，当电子快门关闭时，对NTSC摄像机，其CCD累积时间为1/60秒；对于PAL摄像机，则为1/50秒。

当摄像机的电子快门打开时，对于NTSC摄像机，其电子快门以261步覆盖从1/60秒到1/10000秒的范围；对于PAL型摄像机，其电子快门则以311步覆盖从1/50秒到1/10000秒的范围。

当电子快门速度增加时,在每个视频场允许的时间内，聚焦在CCD上的光减少，结果将降低摄像机的灵敏度，然而，较高的快门速度对于观察运动图像会产生一个“停顿动作”效应，这将大大地增加摄像机的动态分辨率。

自动白平衡AWB

　　白平衡只用于彩色摄像机，就是摄像机对白色物体的还原。

其用途是实现摄像机图像能精确反映景物状况,有手动白平衡和自动白平衡两种方式.

A、自动白平衡

连续方式—-此时白平衡设置将随着景物色彩温度的改变而连续地调整，范围为2800～6000K.这种方式对于景物的色彩温度在拍摄期间不断改变的场合是最适宜的，使色彩表现自然，但对于景物中很少甚至没有白色时，连续的白平衡不能产生最佳的彩色效果。

按钮方式——先将摄像机对准诸如白墙、白纸等白色目标，然后将自动方式开关从手动拨到设置位置，保留在该位置几秒钟或者至图像呈现白色为止，在白平衡被执行后，将自动方式开关拨回手动位置以锁定该白平衡的设置，此时白平衡设置将保持在摄像机的存储器中,直至再次执行被改变为止，其范围为2300~10000K，在此期间，即使摄像机断电也不会丢失该设置。

以按钮方式设置白平衡最为精确和可靠，适用于大部分应用场合。

B、手动白平衡

　　开手动白平衡将关闭自动白平衡，此时改变图像的红色或蓝色状况有多达107个等级供调节，如增加或减少红色各一个等级、增加或减少蓝色各一个等级。

除次之外，有的摄像机还有将白平衡固定在3200K（白炽灯水平）和5500K（日光水平）等档次命令.

　　为了了解白平衡，就必须了解另一个重要的概念:

色温.所谓色温，简而言之，就是定量地以开尔文温度表示色彩。

当物体被电灯或太阳加热到一定的温度时，就会发出一定的光线，此光线不仅含有亮度的成份，更含有颜色的成份，而色温越高，蓝色的成份越多,图像就会偏蓝；相反，色温越低，红色的成份就越多，图像就会偏红。

因此,如果照射物体的光线发生了变化，那末其反映出的色彩也会发生了变化，而这种变化反映到摄像机里，就会产生在不同光线下彩色还原不同的现象。

下面的表格显示了一些光线下的色温情况。

光源色温（K）

蜡烛2000

钨丝灯2500—3200

碳棒灯4000—5500

荧光灯4500-6500

日光（平均）5400

有云天气下的日光6500—7000

阴天日光12000—18000

从上表可见，不同光线下色温相差十分悬殊,造成摄像机在不同的光线下彩色还原不同。

为解决这个问题，现在的摄像机都具有白平衡校正功能，对不同的色温进行补偿,从而真实地还原拍摄物体的色彩。

各种摄像机的原理

1、枪式摄像机

枪式摄像机由CCD电路板、后背电路板、外壳、背焦环组成。

使用时加装镜头形成完整的前端摄像机。

标准枪机：

420TVL彩色

日夜型枪机:

由DSP控制,在达到一定照度（一般为10LUX）左右,控制摄像机使输出为黑白视频。

高解析、低照度等只是DSP和CCD不同，其原理都一样。

2、红外摄像机

红外灯按其红外光辐射机理分为半导体固体发光