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1、一、设计题目智能楼宇电视监控系统二、设计要求智能楼宇电视监控系统是对预定的防护范围、监控目标，通过CCTV 再现图像画面，并进行动态监视和记录，既便于对突发事件的监控，也用作录像取证。其基本要求：1、按照防护目标及监视的具体要求，对建筑的重要场所、通道、电梯轿厢、电梯厅、车库以及人流集中的厅，安装CCTV；其次对于商场来讲，也兼作内部管理，商品导购等。2、系统的图像显示应能自动和手动切换，画面上应有摄像机编号和日期、时间等显示。3、对某些预选的重要目标的电视监控，应能与防盗入侵报警、灯光联动，并能根据需要将现场图像切换至监视器显示及自动录像。4、系统对重要或要害部门及其设施的防护部位要进行长时
2、间的录像。三、设计作用与目的智能楼宇电视监控系统做为智能安保系统中的一部分,有着不可替代的作用。目前中心建筑面积较大 ,从一楼到顶楼 ,从室外到室内的整个区域内，在工作人员响应较慢，人数相对缺乏，不少地点又需要24 小时职守，而管理人员又想随时了解辖区内各地点的状况下，采用闭路电视监控系统 ,无疑是最好的选择。 此综合楼的整个闭路电视监控系统建成投入使用后，通过现代化的监控管理手段，不仅可以为整个区域营造一个和谐安全的办公环境，还可以通过报警、视频联动等管理手段，做到预防犯罪，现场录像，及时处理。使管理人员对现场可能发生的事件做到及时掌握，为尽早决策争取时间，从而提高事件处理效率。闭路电视监控
3、系统，由于可在人们无法或不可能随时亲身直接观察的场合，却能实时、形象、真实地反映被监视控制对象的画面，已成为一种全新的高技术管理手段。它不仅能全面细致的监视各个角落，而且能准确记录各种突发事件。采用闭路电视监控系统，不仅降低了管理成本， 而且提高了治安、 保安管理质量。 实践证明拥有闭路电视监控系统，各种刑事犯罪发生率降低，综合管理效率提高。同时还可以与防盗报警系统联动配合，进行报警时的联动录像。基于以上认识，以及现有观测调控手段的局限性，我们可以看出安装CCTV 监控系统的重要意义。四、硬件系统本论文设计并实现了一套多媒体监控系统，它是由摄像机及其辅助设备如镜头、云台、监视器、终端解码器、字
4、符叠器、视音频矩阵切换器、画面分割器。当然根据用户的需要，还可以配置拾音器、扬声器、电视墙、视频分配放大器等设备。如图1 所示图 1 多媒体监控系统的组成其中的核心组成设备 :矩阵切换器、 终端解码器和字符叠加器是自己设计的。画面分割器和长延时录像机用的是现有的产品。字符叠加器能在每路视频信号上叠加用来区分摄像机的号码以及代表位信息的文字，同时也叠加时间。终端解码器安装在摄像机及云台附近，它的功能是把由主控计算机发出的代表控制命令的编码信号(通过总线传送的串行数据)解码还原为对摄像机镜头和云台的控制信号。视音频矩阵切换器是系统中非常重要的组成部分。它是有多路输入通道和多路输出通道的设备。它可使
5、任一路输出通道选择任一路输人信号输出。由于采用了交叉点矩阵开关使得各路输出工作独立、互不相关。每一路输出都可接一个监视器，也就意味着可有多个工作人员同时进行监视，每个人监视的场景可以不同，也可部分相同，互不影响主控计算机通过串行通信可控制矩阵切换器、终端解码器、字符叠加器;可控制所有 8路输出的切换设置情况，可设置各路输人视频信号叠加的符，可遥控所有32 路摄像机的三可变镜头以及云台。遥控内容包括:云台的上、下、左、右、自动搜索;镜头聚焦远 /近、光圈大 /小、变倍远 /近、防护罩的雨刷、风扇等。主控计算机和终端解码器的通信是通过RS-485 总线进行的，最大传输距离可达1200米在不接中继器
6、时可同时挂接32 个解码器，加中继器可扩展到256 个。矩阵切换器具有断电存储的功能，用户对各路输出切换的设置情况都保存在系统中。每路输出既可设为定点监视方式，也可设为多路循环监视，循环时间在1-255 秒间，当有报警时，监视画画自动切换到报警现场进行监视.字符叠加器不但可叠加时间、26 个英文字母还可叠加汉字以提示报像机的位置。它自带一个汉字库，内含1024 个汉字，用户可在主控计算机上通过对话框选择汉字，而不必通过控制板面选择， 这样可极大地方便用户。4.1 镜头与摄像机配套的镜头，是实现光电转换、形成图像必不可少的光学部件。这里简单介绍成像的基本概念，镜头主要技术参数的涵义，以及现有产品
7、的大致类型。要了解镜头首先要知道光学成像的概念：光学成像就是通过光学系统把物像映射到传感器的靶面上。在 CCD 摄像机中，就是通过镜头把外界的景物成像到CCD 的受光面上。以镜头分界，实体景物所处空间称物空间或物方， 传感器 CCD 靶面一方称像空间或像方。前面介绍的光学成像的基本概念，读者对于镜头性能涉及的专业名词和术语已有所了解。下面的主要技术参数，往往是镜头产品说明书上必定会列出的项目。4.1.1 成像尺寸镜头成像的尺寸规格， 指的是该镜头在像面成像的大小，设置在像面位置的CCD（或其他光电传感器），其芯片尺寸最好是与其匹配如图表列出了镜头规格与CCD 芯片相应规格的尺寸。有时不得已也可
8、用大规格的镜头与较小规格的CCD 芯片尺寸配套使用。此时镜头成像的视场角将比它的标称值小。但成像尺寸规格小的镜头，不能用于CCD 芯片尺寸大的摄像机，这样将使电视画面四角像质很差，乃至出现黑角，因为镜头太小时，不能完全覆盖CCD 芯片的全部有效像素。4.1.2 焦距焦距就是主点到焦点的距离。有物方焦距f 与像方焦距f ,在摄像镜头中，物、像空间都是处于相同介质（空气）中，f =f,镜头的焦距即指 |f|（或 f）值。它与景深、分辨都有关。对于使用者来说，更重要的是由它决定景物在画面中的大小。对于一个特定距离的目标，可能要求全景图像，看清整个的环境；也可能只需观察其局部的景物，甚至只关心人像的面
9、部细节，这就取决于所用镜头的焦距。对同一距离的物体，用f 大的镜头，摄得的电视图像就大，用f 小的镜头，物体的图像就小。在已知CCD 靶面尺寸hv、镜头焦距f 的情况下，对于一定距离D，可以用下式估算能够看到的场景的水平尺寸H 和垂直尺寸V。4.1.3 视场角视场角即镜头视野的张角。水平方向的称为水平视场角h，垂直方向的称为垂直视场角 v。由图 2 可以看出，它们的大小与焦距f 及摄像机 CCD 的水平尺寸h 和垂直尺寸 v。图 2 不同焦距的视场角表 1 列出的是Computar 生产的各种镜头的视场角在产品说明书中给出的视场角，是镜头成像尺寸与传感器像面尺寸匹配时的值。若用于小规格的芯片，
10、则视场角相应缩小。各厂家不同型号的镜头，虽然镜头成像规格和焦距相同，其视场角也会小有差别，这是由于其内部结构和各种光阑的位置、大小不尽相同所致。表 1 列出的是 Computar 生产的各种镜头的视场角。表 1 Computar 镜头视场角4.1.4 镜头安装接口镜头总是被固定在标准的镜座上，镜座包围着传感器 CCD ，镜头与 CCD 受光面保持着一定的距离，使得镜头的像面与其一致，以使镜头对焦微调后成像最清晰。有几种标准的安装接口： C 接口、 CS 接口和 S 接口。 C、CS 安装尺寸见图。一般 C 接口的镜头，常配有一个适用于 CS 接口的 5 接圈，可通用于 C 和 CS 安装接口的
11、摄像机。现在的摄像机通常是 CS 接口。用 CS 接口的镜头配 C 接口的摄像机是不行的，此时镜头成像面离 CCD 受光面太远，不可能得到聚焦的图像，表 2 为镜头安装借口规格。表 2 三种镜头安装接口规格4.1.5 镜头的类型镜头的主要参数有不同组合，使得镜头的类型变化很多。除了按成像尺寸和接口型式做成各种性能参数的镜头外， 主要是由光圈、 焦距的不同型式组合派生出各种类型的镜头。根据日本 CBC 有限公司的 Computar 镜头产品手册， 可以将各种镜头分类， 如图 2 所示。图 2 镜头性能组合分类示意图4.1.6 镜头的选用读者在掌握了镜头性能的常识之后，可结合使用要求比较选择适用的
12、镜头。性能越完善，结构越复杂，售价就越高。单只镜头的价格有可能相差几倍甚至几十倍。因此要考虑性能/ 价格比，合理选用。在本论文中镜头受电机控制共有 6 个（3 组对应）动作，开启相应的电机和转向如表 3 所示：表 3 镜头控制的 6 个动作及对应的电机开启、旋转4.2 防护罩防护罩在构造原理上并无特殊之处，特别是一般安防系统中摄像机所用防护罩，只是在构成上，随使用场所的环境条件而有所不同。图 3 是各种防护罩的类型：图 3 各种防护罩的类型几类防护罩图片见各种防护罩的实物图片：图 4 各种防护罩的实物图片4.3 云台放在防护罩内的镜头摄像机组，可以固定安装在支架（托架）上，对空间某一方向的视场
13、内的目标摄取图像。这种固定架上的安装方式，显然有其局限性，它受到镜头视场角的限制。任何短焦距的镜头，水平和垂直视场角都达不到90。而远摄用长焦镜头，其视场角则更小。为了扩大观察范围，将摄像机有限的视场空间角的指向改变，可以对空间扫描，是最便于实现的解决办法。这种安装摄像机（护罩）在它的平台上，而平台带着摄像机可以作水平 360 旋转，垂直（俯仰）作小于90运动的装置，就是电视监控系统中所说的云台。根据云台的基本功能，很明显它是一种机械电气产品。云台靠电动机驱动，而它在水平方位与垂直俯仰两个轴向的转动需要有传动和减速机构，一般采用齿轮和/ 或涡轮减速结构。考虑到不同的摄像机- 镜头- 防护罩总成
14、的尺寸、重量、安装位置，云台的机械结构设计，要在承重、转动性能（包括启动、停止、运动噪声）、外观造型上力求完善。以下是云台的主要技术参数。1、输入电压输入电压大多为交流 24V，在欧美有交流 115V 的，在我国则有交流220V 的云台可供选用。2、输入功率（电流）此项涉及电源的供电能力。 交流 220V 电源供电一般不成问题， 交流 24V 电源则一定要确认可以输出供给所要求的功率（电流）。3、负重能力必须使加到云台上的摄像机整体（含镜头、防护罩等）的重量不超过规定，否则水平旋转可能达不到额定速度，而垂直方向可能根本就无法扫描或是不能保持镜头处于水平而下垂。4、转角限制因结构限制，有的云台不
15、能全方位 360转动。在俯仰转动时，由于防护罩的长度限制，也远小于90。5、水平转速在电视监控系统中，跟踪快速运动目标时，必须考虑云台的水平转速，特别是在近距离范围内作横向快速运动的目标，云台必须以高速转动才能保持对目标的连续跟踪。在这种情况下，就需要选择所谓“高速云台”，这种云台的水平予置转速可以达到 250/ 秒左右，而一般云台是 0 /s 60/s 。6、限位、定位功能7、外形及安装尺寸、重量。8、 环境适应性能。图 5 为云台按性能分类图示：云台镜头控制系统的功能可分为两大类：动作控制和状态（开关）控制。对于俯仰、左右摆动、聚焦、变倍等控制，可视为动作控制，即大多数时候云台（包括镜头）
16、是静止的，仅在需要调整摄像头视野的时候才让云台和镜头做相应的动作。图 5 云台按性能组合分类云台可进行 8 个（4 组对应）方向的运行，每个方向对应相应的电机开启、旋转如表 4 所示：表 4 云台运动的 8 个方向及对应的电机开启、旋转4.4 解码器解码控制器是 CCTV 系统中用于控制云台、镜头、摄像机、聚光灯、护罩等前端设备的单片机控制系统，其中：配备了云台俯仰、镜头控制、AC24V 、AC220V 输出、开关量输出等端子，可根据工程具体需要选配输出端。摄象机（包括镜头）由控制器和解码器来控制，解码器由于功能不同而种类很多，但都是接收矩阵主机传来的信号后去遥控云台，镜头和辅助设备的动作。解码器与矩阵主机之间连接方式有 2 种 C（同轴控制）、D （对绞线控制）两种，既 RS485 方式，最远可达 3KM ，这种方式可用于光线和微波。模拟部分提供了 RS-485 的通信接口 , 这是与解码器的接口 , 它具有通信速度高 , 抗干扰能力强的特点。通信板上设有硬件发送和接收缓冲区可以保证通信线路上数据的
