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1、第7章 电视监控系统的方案设计,7.1 电视监控系统的组成原理 7.2 电视监控系统的前端设备 7.3 电视监控系统的主机控制设备 7.4 电视监控系统工程设计 7.5 电视监控系统的工程施工 7.6 通用远程监控系统设计方案 7.7 某市教育局网络化电视监控系统设计方案,7.1 电视监控系统的组成原理,典型的电视监控系统主要由前端设备和后端设备这两大部分组成。其中后端设备可进一步分为中心控制设备和分控制设备。前、后端设备有多种构成方式，它们之间的联系(也可称做传输系统)可通过电缆、光纤或微波等多种方式来实现。电视监控系统由摄像机部分(有时还有麦克风)、传输部分、控制部分以及显示与记录部分四大
2、块组成(如图7-1所示)。在每一部分中，又含有更加具体的设备或部件。,图7-1 电视监控系统的组成,7.1.1 摄像部分 摄像部分是电视监控系统的前沿部分，是整个系统的“眼睛”。它布置在被监视场所的某一位置上，使其视场能覆盖整个被监视的部位。有时被监视场所面积较大，为了节省摄像机所用的数量，简化传输系统及控制与显示系统，在摄像机上加装电动的(可遥控的)可变焦距(变倍)镜头，使摄像机所能观察的距离更远、更清楚；有时还把摄像机安装在电动云台上，通过控制台的控制，可以使云台带动摄像机进行水平和垂直方向的转动，从而使摄像机能覆盖的角度、面积更大。,7.1.2 传输部分 传输部分就是系统的图像信号通路。
3、一般来说，传输部分单指的是传输图像信号。但是，由于某些系统中除图像外还要传输声音信号，同时，由于需要有控制中心通过控制台对摄像机、镜头、云台、防护罩等进行控制，因而在传输系统中还包含有控制信号的传输，所以严格说来，电视监控系统的传输部分，是指所有要传输的信号形成的传输系统的总和。,传输部分主要传输的内容是图像信号。对图像信号的传输，重点要求是在图像信号经过传输系统后，不产生明显的噪声、失真(色度信号与亮度信号均不产生明显的失真)，保证原始图像信号(从摄像机输出的图像信号)的清晰度和灰度等级没有明显下降。这就要求传输系统在衰减方面、引入噪声方面、幅频特性和相频特性方面有良好的性能。 在传输方式上
4、，目前电视监控系统多半采用视频基带传输方式。在摄像机距离控制中心较远的情况下，也有采用射频传输方式或光纤传输方式。对以上这些不同的传输方式，所使用的传输部件及传输线路都有较大的不同。,7.1.3 控制部分 控制部分是整个系统的“心脏”和“大脑”，是实现整个系统功能的指挥中心。控制部分主要由总控制台(有些系统还设有副控制台)组成。 总控制台中主要的功能有：视频信号放大与分配、图像信号的校正与补偿、图像信号的切换、图像信号(或包括声音信号)的记录、摄像机及其辅助部件(如镜头、云台、防护罩等)的控制(遥控)等等。在上述各部分中，对图像质量影响最大的是放大与分配、校正与补偿、图像信号的切换三部分。,在
5、某些摄像机距离控制中心很近或对整个系统指标要求不高的情况下，在总控制台中往往不设校正与补偿部分。但对某些距离较远，或由于传输方式的要求等原因，校正与补偿是非常重要的。因为图像信号经过传输之后，往往其幅频特性(由于不同频率成分到达总控制台时衰减是不同的，因而造成图像信号不同频率成分的幅度不同，此称为幅频特性)、相频特性(不同频率的图像信号通过传输部分后产生的相移不同，此称为相频特性)无法绝对保证指标的要求，所以在控制台上要对传输过来的图像信号进行幅频和相频的校正与补偿。,经过校正与补偿的图像信号，再经过分配和放大，进入视频切换部分，然后送到监视器上。总控制台的另一个重要方面是能对摄像机、镜头、云
6、台、防护罩等进行遥控，以完成对被监视的场所全面、详细的监视或跟踪监视。 总控制台上设有的录像机，可以随时把发生情况的被监视场所的图像记录下来，以便事后备查或作为重要依据。目前，有些控制台上设有一台或两台“长延时录像机”，这种录像机可用一盘60分钟长的录像带记录长达几天时间的图像信号，这样就可以对某些非常重要的被监视场所的图像连续记录，而不必使用大量的录像带。,还有的总控制台上设有“多画面分割器”，如四画面、九画面、十六画面等等。也就是说，通过这个设备，可以在一台监视器上同时显示出四个、九个、十六个摄像机送来的各个被监视场所的画面，并用一台常规录像机或长延时录像机进行记录。上述这些功能的设置，要
7、根据系统的要求而定，不一定都采用。 目前生产的总控制台，在控制功能上，控制摄像机的台数上往往都做成积木式的，可以根据要求进行组合。另外，在总控制台上还设有时间及地址的字符发生器，通过这个装置可以把年、月、日、时、分、秒都显示出来，并把被监视场所的地址、名称显示出来。在录像机上可以记录，这样对以后的备查提供了方便。,总控制台对摄像机及其辅助设备(如镜头、云台、防护罩等)的控制一般采用总线方式，把控制信号送给各摄像机附近的“终端解码箱”，在终端解码箱上将总控制台送来的编码控制信号解出，成为控制动作的命令信号，再去控制摄像机及其辅助设备的各种动作(如镜头的变倍、云台的转动等)。在某些摄像机距离控制中
8、心很近的情况下，为节省开支，也可采用由控制台直接送出控制动作的命令信号，即“开、关”信号。总之，根据系统构成的情况及要求，可以综合考虑，以完成对总控制台的设计要求或订购要求。,7.1.4 显示部分 显示部分一般由几台或多台监视器(或带视频输入的普通电视机)组成。它的功能是将传送过来的图像一一显示出来。 在电视监视系统中，特别是在由多台摄像机组成的电视监控系统中，一般都不是一台监视器对应一台摄像机进行显示，而是几台摄像机的图像信号用一台监视器轮流切换显示。这样做一是可以节省设备，减少空间的占用；二是没有必要一一对应显示。因为被监视的场所不可能同时发生意外情况，所以平时只要隔一定的时间(比如几秒、
9、十几秒或几十秒)显示一下即可。当某个被监视的场所发生情况时，可以通过切换器将这一路信号切换到某一台监视器上一直显示，并通过控制台对其遥控跟踪记录。,所以，在一般的系统中通常都采用41、81甚至161的摄像机对监视器的比例数设置监视器的数量。目前，常用的摄像机对监视器的比例数为41，即四台摄像机对应一台监视器轮流显示，当摄像机的台数很多时，再采用81或161的设置方案。 另外，由于“画面分割器”的应用，在有些摄像机台数很多的系统中，用画面分割器把几台摄像机送来的图像信号同时显示在一台监视器上，也就是在一台较大屏幕的监视器上，把屏幕分成几个面积相等的小画面，每个画面显示一个摄像机送来的画面。这样可
10、以大大节省监视器，并且操作人员观看起来也比较方便。但是，这种方案不宜在一台监视器上同时显示太多的分割画面，否则会使某些细节难以看清楚，影响监控的效果。笔者个人认为四分割或九分割较为合适。,7.2 电视监控系统的前端设备,7.2.1 摄像机 在闭路监控系统中，摄像机(Camera)又称摄像头(参见图7-2)。严格来说，摄像机是摄像头和镜头的总称，而实际上，摄像头与镜头大部分是分开购买的，用户根据目标物体的大小和摄像头与物体的距离，通过计算得到镜头的焦距，所以每个用户需要的镜头都是依据实际情况而定的，不要以为摄像机(头)上已经有镜头。,图7-2 摄像机(头)实物,感光传感部件是摄像头的关键部分。感
11、光芯片就像人的视网膜，是摄像头的核心。它利用光电原理，摄取景物并配合监视器显像。依芯片材质不同，感光传感部件可分为下列几种： CMOS：省电，便宜，但照度不好； CCD：主流器件； MOS：已过时，很少使用； VIDICOM：光导管，也已过时。,表7-1 CCD与CMOS的性能比较,1CCD摄像机的分类 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。因有颜色而使信息量增大。一般认为彩色摄像机的信息量是黑白摄像机的10倍。 黑白摄像机：适用于光线不足的地区及夜间无法安装照明设备的场所。在仅监视景物的位置或移动情况时，通常可选用分辨率高于彩色摄像机的黑白摄像机。,2
12、) 依摄像机分辨率划分 低档型摄像机：影像像素在25万像素(pixel)左右，彩色分辨率为330420线，黑白分辨率为380450线。 高分辨率摄像机：影像在38万像素以上，彩色分辨率大于或等于480线，黑白分辨率在600线以上。,3) 依灵敏度(照度)划分 普通型：正常工作所需照度为13 lx。 月光型：正常工作所需照度为0.1 lx左右。 星光型：正常工作所需照度为0.01 lx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。,4) 按CCD靶面大小划分 1英寸靶面尺寸为宽12.7 mm高9.6 mm，对角线长16 mm。 2/3英寸靶面尺寸为宽8.8 mm高6.6 mm，对
13、角线11 mm。 1/2英寸靶面尺寸为宽6.4 mm高4.8 mm，对角线8 mm。 1/3英寸靶面尺寸为宽4.8 mm高3.6 mm，对角线6 mm。 1/4英寸靶面尺寸为宽3.2 mm高2.4 mm，对角线4 mm。,5) 按视频扫描制式划分 按视频扫描制式划分，主要有PAL制和NTSC制两种。 6) 按信号处理制式划分 ANALOG：模拟信号处理。 ASP：半数字信号处理。 DSP：数字信号处理。,7) 按摄像机外观划分 按外观分有传统标准枪型、机板型、针孔型、半球型、子弹型等简单型，也有鱼眼机板型、针孔镜头、灯饰型、侦烟型等伪装型，也有一体机，红外线型等综合一体型。 8) 按供电电源系
14、统划分 常见的有AC110 V，AC220 V，AC240 V，AC24 V，DC12 V等几种。 9) 按电源频率划分 欧洲规格(50 Hz)：彩色PAL，黑白CCIR。 美洲规格(60 Hz)：彩色NTSC，黑白EIA。,2CCD彩色摄像机的主要技术指标 (1) CCD尺寸，亦即摄像机靶面。在相同的光学镜头下，成像尺寸越大，视场角越大。成像尺寸越小的摄像机的体积可以做得更小些。CCD尺寸原来多为1/2英寸，现在1/3英寸的已普及化，1/4英寸和1/5英寸也已商品化。 (2) CCD像素。这是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
15、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38万像素划界，38万像素以上者为高清晰度摄像机。,(3) 水平分辨率。分辨率是用电视线(简称线)来表示的，彩色摄像头的分辨率在330500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1 MHz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。 (4) 最小照度。最小照度也称为灵敏度，表示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(lx)，数值越小，表示需要的光线越少，摄像头也越灵敏。黑白摄像机的灵敏度大约是0.02
16、0.5 lx，彩色摄像机多在1 lx以上。另外，摄像机的灵敏度还与镜头有关，0.97 lx/F0.75相当于2.5 lx/F1.2，也相当于3.4 lx/F1。,(5) 信噪比。信噪比典型值为46 dB，若为50 dB，则图像有少量噪声，但图像质量良好；若为60 dB，则图像质量优良，不出现噪声。 (6) 视频输出。多为1 Vpp、75 ，均采用BNC接头。 (7) 扫描制式。有PAL制(隔行扫描)和NTSC制(逐行扫描)之分。中国大陆采用PAL制式(黑白为CCIR)，标准为625行，50场。日本为NTSC制式，标准为525行，60场(黑白为EIA)。一般只在医疗或其它专业领域才用到一些非标准制式。 (8) 摄像机电源。交流有220 V、110 V、24 V，直流为12 V或9 V。PAL系统多为220VAC类电源，微型摄像机多为12VDC或9VDC类电源。,3CCD彩色摄像机的可调整功能 1) 同步方式的选择 (1) 对单台摄像机而言，
