電視監(jiān)控系統(tǒng)的前端設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)

電視監(jiān)控系統(tǒng)的前端設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)一、\o"攝像機(jī)"攝像機(jī)是獲取監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)圖像的前端設(shè)備，它以面陣CCD圖像傳感器為核心部件，外加同步信號(hào)產(chǎn)生電路、視頻信號(hào)處理電路及電源等。近年來(lái)，新型的低成本MOS圖像傳感器有了較快速的發(fā)展，基于MOS圖像傳感器的\o"攝像機(jī)"攝像機(jī)已開(kāi)始被應(yīng)用于對(duì)圖像質(zhì)量要求不高的可視電話或會(huì)議電視系統(tǒng)中。由于MOS圖像傳感器的分辨率和低照度等到主要指標(biāo)暫時(shí)還比不上CCD圖像傳感器，因此，在電視監(jiān)控系統(tǒng)中使用\o"攝像機(jī)"攝像機(jī)仍為CCD\o"攝像機(jī)"攝像機(jī)。攝像機(jī)具有黑白和彩色之分，由于黑白攝像機(jī)具有高分辨率、低照度等優(yōu)點(diǎn)，特別是它可以在紅外光照下成像，因此在電視監(jiān)控系統(tǒng)中，黑白CCD攝像機(jī)仍具有較高的市場(chǎng)占有率。順便指出，在各商家列出的閉路電視監(jiān)控器材清單中的攝像機(jī)通常都是不帶鏡頭的（一體化攝像機(jī)除外），因此在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境及用戶要求，為攝像機(jī)配合適的鏡頭。黑白CCD攝像機(jī)的主要參數(shù)在電視監(jiān)控系統(tǒng)中選擇攝像機(jī)，一般要看幾個(gè)主要的參數(shù)，即分辨率、最低照度和信噪比等，另外還要考慮攝像機(jī)的附帶功能及價(jià)格和今后服務(wù)等因素。以下對(duì)攝像機(jī)的幾個(gè)主要參數(shù)作一介紹。CCD尺寸及像素?cái)?shù)CCD尺寸指的是CCD圖像傳感器感光面的對(duì)角線尺寸，早期的CCD尺寸比較大，為lin、2/3in和1/2in等幾種，因而近年來(lái)用于電視監(jiān)控\o"攝像機(jī)"攝像機(jī)的CCD尺寸以1/3in為主流。像素?cái)?shù)指的是攝像機(jī)CCD傳感器的最大像素?cái)?shù)，有些給出了水平及垂直方向的像素?cái)?shù)，如500H*582V，有些則組出了前兩者的乘積值，如30萬(wàn)像素。對(duì)于一定尺寸的CCD芯片，像素?cái)?shù)越多則意味著每一像素單元的面積越小，因而由該芯片構(gòu)成的攝像機(jī)的分辨率也就越高。例如，在電視監(jiān)控?cái)z像機(jī)中使用的CCD傳感器的像素有的已達(dá)到48萬(wàn)像素。分辨率分辨率是衡量攝像機(jī)優(yōu)劣的一個(gè)重要參數(shù)，它指的是當(dāng)\o"攝像機(jī)"攝像機(jī)攝取等間隔排列的黑白相間條紋時(shí)，在監(jiān)視器（應(yīng)比攝像機(jī)的分辨率高）上能夠看到的最多線數(shù)。當(dāng)超過(guò)這一線數(shù)時(shí)，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片而不能再辨出黑白相間的線條。工業(yè)監(jiān)視用攝像機(jī)的分辨率通常在380~460線之間，廣播級(jí)攝像機(jī)的分辨率則可達(dá)到700線左右。低照度低照度指的是當(dāng)被攝景物的光亮度低到一定程度而使\o"攝像機(jī)"攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)電平低到某一規(guī)定值時(shí)的景物光亮度值。測(cè)定此參數(shù)時(shí)，還應(yīng)特別注明鏡頭的最大相對(duì)孔徑。例如，使用F1.2的鏡頭，當(dāng)被景物的光亮度值低到0.04lx時(shí)，攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)幅值為最大幅值的50%，即達(dá)到350mV（標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)最大幅起來(lái)700mV），則稱此攝像機(jī)的最低照度為0.04lx/F1.2。被攝景物的光亮度值再低，攝像要輸出的視頻信號(hào)的幅值就達(dá)不到350mV了，反映在監(jiān)視器的屏幕上，將是一屏很難分辨出層次的、灰暗的圖像。信噪比及伽瑪校正系數(shù)信噪比也是攝像機(jī)的一個(gè)主要參數(shù)。其基本定義是信號(hào)對(duì)于噪聲的比值乘以20log，一般\o"攝像機(jī)"攝像機(jī)給出的信噪比值均是在AGC（自動(dòng)增益控制）關(guān)閉時(shí)的值，因?yàn)楫?dāng)AGC接通時(shí)，會(huì)對(duì)小信號(hào)進(jìn)行提升，使得噪聲電平也相應(yīng)提高。CCD攝像機(jī)的信噪比的典型值一般為45~55dB。測(cè)量信噪比參數(shù)時(shí)，應(yīng)使用視頻雜波測(cè)量?jī)x直接連接于攝像機(jī)的視頻輸出端子上。伽瑪校正系數(shù)前面提到的γ值，其典型值為γ=0.45?，F(xiàn)行攝像機(jī)大都采用了固定的γ值。黑白CCD\o"攝像機(jī)"攝像機(jī)的附帶功能除了上述介紹的基本參數(shù)外，各品牌的攝像機(jī)大都還有一些附帶的功能，如自動(dòng)光圈接口、電子快門、自動(dòng)增益控制、逆光補(bǔ)償、線鎖定同步及外同步等，下面簡(jiǎn)要介紹一下。電動(dòng)光圈接口目前在市場(chǎng)上見(jiàn)到的標(biāo)準(zhǔn)CCD\o"攝像機(jī)"攝像機(jī)大都帶有驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭的接口，其中有些只提供一種驅(qū)動(dòng)方式（通常為視頻驅(qū)動(dòng)方式），也就是說(shuō)，它只能配接VD型的自動(dòng)光圈鏡頭，有些則可同時(shí)提供兩種驅(qū)動(dòng)方式（視頻驅(qū)動(dòng)和直流驅(qū)動(dòng)）型接口（這一點(diǎn)要切記，否則用C型鏡頭直接往CS接口攝像機(jī)上旋入時(shí)極有可能損壞攝像機(jī)的CCD芯片）。安裝鏡頭時(shí)，首先去掉\o"攝像機(jī)"攝像機(jī)及鏡頭的保護(hù)蓋，然后將鏡頭輕輕旋入攝像機(jī)的鏡頭接口并使之到位。對(duì)于自動(dòng)光圈鏡頭，還應(yīng)將鏡頭的控制線連接到攝像機(jī)的自動(dòng)光圈接口上，對(duì)于電動(dòng)兩可變鏡頭或三可變鏡頭，只要旋轉(zhuǎn)鏡頭到位，則暫時(shí)不需校正其平衡狀態(tài)（只有在后焦聚調(diào)整完畢后才需要最后校正其平衡狀態(tài)）。調(diào)整鏡頭光圈與對(duì)焦關(guān)閉\o"攝像機(jī)"攝像機(jī)上電子快門及逆光補(bǔ)償?shù)乳_(kāi)關(guān)，將\o"攝像機(jī)"攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)欲監(jiān)視的場(chǎng)景，調(diào)整鏡頭的光圈與對(duì)焦環(huán)，使監(jiān)視器上的圖像最佳。如果是在光照度變化比較大的場(chǎng)合使用攝像機(jī)，最好配接自動(dòng)光圈鏡頭并作攝像機(jī)的電子快門開(kāi)關(guān)置于OFF。如果選用了手動(dòng)光圈則應(yīng)將\o"攝像機(jī)"攝像機(jī)的電子快門開(kāi)關(guān)置于ON，并在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)最為明亮（環(huán)境光照度最大）時(shí)，將鏡頭光圈盡可能開(kāi)大并仍使圖像為最佳（不能使圖像過(guò)于發(fā)白而過(guò)載），鏡頭即調(diào)整完畢。裝好防護(hù)罩并上好支架即可。由于光圈較大，景深范圍相對(duì)較小，對(duì)焦距時(shí)應(yīng)盡可能照顧到整個(gè)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的清晰度。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)照度降低時(shí)，電子快門將自動(dòng)調(diào)整為慢速，配合較大的光圈，仍可使圖像滿意。在以上調(diào)整過(guò)程中，若不注意在光線明亮?xí)r將鏡頭的光圈盡可能開(kāi)大，而是關(guān)得比較小，則\o"攝像機(jī)"攝像機(jī)的電子快門會(huì)自動(dòng)調(diào)在低速上，因此仍可以在監(jiān)視器上形成較好的圖像；但當(dāng)光線變暗時(shí)，由于鏡頭的光圈比較小，而電子快門也已經(jīng)處于最慢（1/50s）了，此時(shí)的成像就可能是昏暗一片了。后焦距的調(diào)整后焦距也稱背焦距，指的是當(dāng)安裝上標(biāo)準(zhǔn)鏡頭（標(biāo)準(zhǔn)C/CS接口鏡頭）時(shí)，能使被攝景物的成像恰好成在CCD圖像傳感器的靶面上，一般攝像機(jī)在出廠時(shí)，對(duì)后焦距都做了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，因此，在配接定焦鏡頭的應(yīng)用場(chǎng)合，一般都不需要調(diào)整攝像機(jī)的后焦。在有些應(yīng)用場(chǎng)合，可能出現(xiàn)當(dāng)鏡頭對(duì)焦環(huán)調(diào)整到極限位置時(shí)仍不能使圖像清晰，此時(shí)首先必須確認(rèn)鏡頭的接口是否正確。如果確認(rèn)無(wú)誤，就需要對(duì)攝像機(jī)的后焦距進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在絕大多數(shù)\o"攝像機(jī)"攝像機(jī)配接電動(dòng)變焦鏡頭的應(yīng)用場(chǎng)合，往往都需要對(duì)攝像機(jī)的后焦距進(jìn)行調(diào)整。后焦距調(diào)整的步驟如下：①將鏡頭正確安裝到\o"攝像機(jī)"攝像機(jī)上。②將鏡頭光圈盡可能開(kāi)到最大（目的是縮小景深范圍，以準(zhǔn)確找到成像焦點(diǎn)）。③通過(guò)變焦距調(diào)整（Zoom

In）將鏡頭推至望遠(yuǎn)（Tele）狀態(tài)，拍攝10m以外的一個(gè)物體的特寫，再通過(guò)調(diào)整聚焦（Focus）將特寫圖像調(diào)清晰。④進(jìn)行與上一步相反的變焦距調(diào)整（Zoom

Out）將鏡頭拉回至廣角（Wide）狀態(tài)，此時(shí)畫面變?yōu)榘鲜鎏貙懳矬w的全景圖像，但此時(shí)不能再作聚焦調(diào)整（注意：如果此時(shí)的圖像變模糊也不能調(diào)整聚焦），而是準(zhǔn)備下一步的后焦調(diào)整。⑤將攝像機(jī)前端用于固定后焦調(diào)節(jié)環(huán)的內(nèi)六角螺釘旋松，并旋轉(zhuǎn)后焦調(diào)節(jié)環(huán)（對(duì)沒(méi)有后焦調(diào)節(jié)環(huán)的攝像機(jī)則直接旋轉(zhuǎn)鏡頭而帶動(dòng)其內(nèi)置的后焦環(huán)），直至畫面最清晰為止，然后暫時(shí)旋緊內(nèi)六角螺釘。⑥重新推鏡頭到望遠(yuǎn)狀態(tài)，看看剛才拍攝的特寫物體是否仍然清晰，如不清晰再重復(fù)上述第a、b、c步驟。⑦通常只需一兩個(gè)回合就可完成后焦距調(diào)整了。⑧旋緊內(nèi)六角螺釘，將光圈調(diào)整到適當(dāng)?shù)奈恢?。二、鏡頭鏡頭是電視監(jiān)控系統(tǒng)中必不可少的部件，鏡頭與CCD攝像機(jī)配合，可以將遠(yuǎn)距離目標(biāo)成像在攝像機(jī)的CCD靶面上。鏡頭的種類繁多，從焦距上分類，可分為短焦距、中焦