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CCD摄像机的分类
[CCD摄像机的分类]
安全防范系统中,图像的生成当前主要是来自CCD摄像机,CCD是电荷耦合器件(chargecoupleddeice)的简称,它能够将光线变为电荷并将电荷存储及转移,也可将存储之电荷取出使电压发生变化,因此是理想的摄像机元件,以其构成的CCD摄像机具有体积小、重量轻、部受磁场影响、具有抗震东和撞击之特性而被广泛应用。
CCD摄像机大致可分为下列几大类:
依成像色彩划分
(1)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,信息量一般认为是黑白摄像机的10倍。
(2)黑白摄像机:
是用于光线不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,可选用分辨率通常高于彩色摄像机的黑白摄像机。
依摄像机分辨率划分
(1)影像像素在25万像素(pixel)左右、彩色分辨率为330线、黑白分辨率400线左右的低档型。
(2)影像像素在25万~38万之间、彩色分辨率为420线、黑白分辨率在500线上下的中档型
(3)影像在38万点以上、彩色分辨率大于或等于480线、黑白分辨率,600线以上的高分辨率。
依摄像机灵敏度划分
(1)普通型:
正常工作所需照度为1~31x
(2)月光型:
正常工作所需照度为0.1x左右
(3)星光型:
正常工作所需照度为0.01x以下
(4)红外照明型:
原则上可以为零照度,采用红外光源成像。
按摄像元件的CCD靶面的大小划分
(1)lin靶面尺寸为宽12.7mmX高9.6mm,对角线16mm
(2)2/3in靶面尺寸为宽8.8mmX高6.6mm,对角线11mm
(3)1/2in靶面尺寸为宽6.4mmX高4.8mm,对角线8mm
(4)1/3in靶面尺寸为宽4.8mmX高3.6mm,对角线6mm
(5)1/4in靶面尺寸为宽3.2mmX高2.4mm,对角线4mm
(6)1/5in正在开发之中,尚未推出正式产品
此外CCD摄像机有PAL制和NTSC制之分,还可以按图像信号处理方式划分或按摄像机结构区分。
[低照度摄像机的正确认识]
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。
行业内人士强调,照度能低到多少,不仅要看镜头的光圈大小(F值),更要看是在什麽条件限制下才能出现所标示的LUX值,否则只是流于数字的游戏罢了!
以光圈大小(F值)而言,光圈愈大则其所代表的F值愈小,所需的照度愈低。
另外电子灵敏度(ELECTRONIC、SENSITIVITY)是否提高,单一画面累积帧数为多少?
红外线是ON还是OFF?
……等都应了解清楚,才不致被规格所标示的照度数值所混淆。
低照度摄像机在中国市场的演进过程低照度摄像机在中国市场的演进简单分为以下三步:
白天彩色/晚上黑白(COLOR/MONO);低速快门(SLOW/SHUTTER)及超感度摄像机(EXVIEW/HAD)。
一、白天彩色/晚上黑白(昼夜型摄像机COLOR/MONO)
此类摄像机目前在市场上仍有其特定的需求群。
昼夜(COLOR/MONO)摄像机的照度在国内市场上最低标示数值甚至为0LUX,我们不禁要问:
“摄像机乃光学原理制成,0照度下如何成像?
”白天彩色/晚上黑白(COLOR/MONO)摄像机是利用黑白影像对红外线感度较高的特点,在一定的光源条件,利用线路切换的方式将影像由彩色转为黑白,以便于搭配红外线。
在彩色/黑白线路转换的技术演进过程中,此类摄像机已采用单一CCD(彩色)设计,在白天或光源充足时为彩色摄像机,当夜晚降临或光源不足时(一般在1LUX~3LUX)即利用数位电路将彩色信号消除掉,成为黑白影像,且为了搭配红外线,亦拿掉了彩色摄像机不可缺的红外线滤除器,真正的“低照度摄像机”应指摄像机本身(所采用的元件,技术)可达到的功能,而白天彩色/晚上黑白的摄像机因受限于CCD感度,本身并无法改变,只是利用线路切换及搭配红外光的方式将功能提升,不能算是低照度摄像机。
二、低速快门(SLOW/SHUTTER)
此类摄像机又称为(画面)累积型摄像机,是利用电脑记忆体的技术,连续将几个因光线不足而较显模糊的画面累积起来,成为一个影像清晰的画面,运用SLOWSHUTTER技术降低摄像机照度至0.008LUX/F1.2(×128),并且画面能够累积的帧数(128帧)是属于甚至包括进口品牌再内的领先水平。
此类型低照度摄像机适用于禁止红、紫外线破坏的博物馆,夜间生物活动观察,夜间军事海岸线监视等,属性较静态场所的监视。
三、超感度摄像机(EXVIEW/HAD)
超感度摄像机(EXVIEW/HAD),又称24小时摄像机,其彩色照度可达0.05LUX,黑白则可达0.003-0.001LUX(亦可搭配红外线以达0LUX)不仅能清晰的辩识影像,更是实时连续的画面。
[防护罩及防护罩的选择]
防护罩是监控系统中重要的组件。
它是使摄像机在有灰尘、雨水、高低温等情况下正常使用的防护装置。
防护罩一般分为两类。
一类是室内用防护罩,这种防护罩结构简单,价格便宜。
其主要功能是防止摄像机落灰并有一定的安全防护作用,如防盗、防破坏等。
另一类是室外用防护罩,这种防护罩一般为全天候防护罩,即无论刮风、下雨、下雪、高温、低温等恶劣情况,都能使安装在防护罩内的摄像机正常工作。
因而这种防护罩具有降温、加温、防雨、防雪等功能。
同时,为了在雨雪天气仍能使摄像机正常摄取图像,一般在全天候防护罩的玻璃窗前安装有可控制的雨刷。
目前较好的全天候防护罩是采用半导体器件加温和降温的防护罩。
这种防护罩内装有半导体元体,既可自动加温,也可自动降温,并且功耗较小。
另外,还有半球形、球形防护罩,这种防护罩内置万向可调支架,造型美观。
防护罩分为室内型和室外型两种。
室内的防护罩主要是防尘,有的也有隐蔽作用,使监视场合和对象不易察觉受监视。
室外防护罩的功能有防晒、防雨、防尘、防冻和防凝露等作用。
一般室外的防护罩都配有温度继电器,在温度高时自动打开风扇冷却,温度低时自动加热。
下雨时可以人为控制雨刷器刷雨。
有的室外防护罩的玻璃还可以加热,当防护罩上有结霜时,可以加热除霜。
[画面分割器]
在有多个摄像机组成的电视监控系统中,通常采用视频切换器使多路图像在一台监视器上轮流显示。
但有时为了让监控人员能同时看到所有监控点的情况,往往采用多画面分割器使得多路图像同时显示在一台监视器上。
当采用几台多画面分割器时,就有可能用与多画面分割器相同数量的监视器将所有摄像机传送来的多个画面同时显示。
这样,既减少了监视器的数量,又能使监控人员一目了然地监视各个部位的情况。
常用的画面分割器为四画面、九画面和十六画面。
画面分割器的基本工作原理
采用图像压缩和数字化处理的方法,把几个画面按同样的比例压缩在一个监视器的屏幕上。
有的还带有内置顺序切换器的功能,此功能可将各摄像机输入的全屏画面按顺序和间隔时间轮流输出显示在监视器上(如同切换主机轮流切换画面那样),并可用录像机按上述的顺序和时间间隔记录下来。
其间隔时间一般是可调的。
主要性能:
1.全压缩图像,数字化处理的彩色/黑白画面分割器;
2.四路(或九、十六路)视频输入并带有四路(或九、十六路)的环接输出;
3.内置可调校时间的顺序切换器和独立的切换输出。
根据摄像机的编号对全屏画面按顺序切换显示,敏路画面的显示时间可由用户自己进行优化编程调整;
4.高解像度以及实时更新率。
画面指标为512×512象素,更新率为25-30场/秒;
5.录像带重放时可实现1/4(或1/9、1/16)画面到全屏画面变焦(还原为实时全屏画面);
6.与标准的SUPER-VHS录像机兼容(有的还具有S-VHS接口);
7.有报警输入/输出接口,可与报警系统联动。
报警时可调用全屏画面并产生报警输出信号启动录像机或其它相关设备。
也就是说,当报警信号产生时,与该警报相关区域的场景将以全屏画面显示出来,并可自动录像。
用户可自行设定警报的持续时间和录像的持续时间。
报警输入接口数目与画面输入数目相同;
8.八个字符的摄像机名称。
用户可自已编程设定给每个摄像机最多达八个字符的名称;
9.报警画面叠加、视频信号丢失指标。
该功能可方便用户快速检查出现丢失的原因;
10.设置屏幕菜单编程/调用。
编程简单、操作容易,人-机界面友好;
11.电子保险锁。
用户可自行设定密码,被允许的操作者才能进行系统的操作。
监控设备维护注意事项]
1、对每个摄像机所供电源的插座要经常检查,防止插头脱落。
2、保证对每个摄像机和监控中心的供电电压较恒定。
3、对低矮位置的摄像机尽量设有明显标志,提醒非监控管理人员触碰。
4、对监控中心的监控控制设备派专人专管,要求非监控人员禁止操作。
5、监控中心在每晚无人的情况下一定要对监控设备断电。
6、对监控设备经常擦拭保养。
[监控系统设备介绍]
①云台
在前面的介绍中我们常提到云台,但有的人对它没有什么感性认识,其实云台就是两个交流电组成的安装平台,可以水平和垂直的运动。
我们所说的云台区别于照相器材中的云台,照相器材的云台一般来说只是一个三脚架,只能通过手来调节方位;而监控系统所说的云台是通过控制系统在远端可以控制其转动方向的。
云台有多种类型:
按使用环境分为室内型和室外型,主要区别是室外型密封性能好,防水、防尘,负载大。
按安装方式分为侧装和吊装,即云台是安装在天花板上还是安装在墙壁上。
按外形分为普通型和球型,球型云台是把云台安置在一个半球形、球形防护罩中,除了防止灰尘干扰图像外,还隐蔽、美观、快速。
在挑选云台时要考虑安装环境、安装方式、工作电压、负载大小,也要考虑性能价格比和外型是否美观。
②支架
如果摄像机只是固定监控某个位置不需要转动,那么只用摄像机支架就可以满足要求了。
普通摄像机支架安装简单,价格低廉,而且种类繁多。
普通支架有短的、长的、直的、弯的,根据不同的要求选择不同的型号。
室外支架主要考虑负载能力是否合乎要求,再有就是安装位置,因为从实践中我们发现,很多室外摄像机安装位置特殊,有的安装在电线杆上,有的立于塔吊上,有的安装在铁架上……由于种种原因,现有的支架可能难以满足要求,需要另外加工或改进,这里就不再多说了。
③防护罩
防护罩也是监控系统中最常用的设备之一,主要分为室内和室外两种。
室内防护罩主要区别是体积大小,外形是否美观,表面处理是否合格。
功能主要是防尘、防破坏。
室外防护罩密封性能一定要好,保证雨水不能进入防护罩内部侵蚀摄像机。
有的室外防护罩还带有排风扇、加热板、雨刮器,可以更好的保护设备。
当天气太热时,排风扇自动工作;太冷时加热板自动工作;当防护罩玻璃上有雨水时,可以通过控制系统启动雨刮器。
挑选防护罩时先看整体结构,安装孔越少越利于防水,再看内部线路是否便于联接,最后还要考虑外观、重量、安装座等等。
④监视器
监视器是监控系统的标准输出,有了监视器我们才能观看前端送过来的图像。
监视器分彩色、黑白两,尺寸有9、10、12、14、15、17、21英寸等,常用的是14英寸。
监视器也有分辨率,同摄像机一样用线数表示,实际使用时一般要求监视器线数要与摄像机匹配。
另外,有些监视器还有音频输入、S-video输入、RGB分量输入等,除了音频输入监控系统用到外,其余功能大部分用于图像处理工作,在此不作介绍。
⑤视频放大器
当视频传输距离比较远时,最好采用线径较粗的视频线,同时可以在线路内增加视频放大器增强信号强度达到远距离传输目的。
视频放大器可以增强视频的亮度、色度和同步信号,但线路内干扰信号也会被放大,另外,回路中不能串接太多视频放大器,否则会出现饱和现象,导致图像失真。
⑥视频分配器
一路视频信号对应一台监视器或录像机,若想一台摄像机的图像送给多个管理者看,最好选择视频分配器。
因为并联视频信号衰减较大,送给多个输出设备后由于阻抗不匹配等原因,图像会严重失真,线路也不稳定。
视频分配器除了阻抗匹配,还有视频增益,使视频信号可以同时送给多个输出设备而不受影响。
⑦视频切换器
多路视频信号要送到同一处监控,可以一路视频对应一台监视器,但监视器占地大,价格贵,如果不要求时时刻刻监控,可以在监控室增设一台切换器,把摄像机输出信号接到切换器的输入端,切换器的输出端接监视器,切换器的输入端分为2、4、6、8、12、16路,输出端分为单路和双路,而且还可以同步切换音频(视型号而定)。
切换器有手动切换、自动切换两种工作方式,手动方式是想看哪一路就把开关拨到哪一路;自动方式是让预设的视频按顺序延时切换,切换时间通过一个旋钮可以调节,一般在1秒到35秒之间。
切换器的价格便宜(一般只有三五百元),联接简单,操作方便,但在一个时间段内只能看输入中的一个图像。
要在一台监视器上同时观看多个摄像机图像,就需要用画面分割器。
⑧画面分割器
画面分割器有四分割、九分割、十六分割几种,可以在一台监视器上同时显示4、9、16个摄像机的图像,也可以送到录像机上记录。
四分割是最常用的设备之一,其性能价格比也较好,图像的质量和连续性可以满足大部分要求。
九分割和十六分割价格较贵,而且分割后每路图像的分辨率和连续性都会下降,录像效果不好。
另外还有六分割、八分割、双四分割设备,但图像比率、清晰度、连续性并不理想,市场使用率更小。
大部分分割器除了可以同时显示图像外,也可以显示单幅画面,可以叠加时间和字符,设置自动切换,联接报警器材。
⑨录像机
监控系统中最常用的记录设备是民用录像机和长延时录像机,因其操作简单易学,录像带也容易保存和购买。
与家用录像机不同,延时录像机可以长时间工作,可以录制24小时(用普通VHS录像带)甚至上百小时的图像,可以联接报警器材,收到报警信号自动启动录像,可以叠加时间日期,可以编制录像机自动录像程序,选择录像速度,录像带到头后是自动停止还是倒带重录……延时录像机的性能虽然出众,但价格不菲,而且目前分辨率不是很高,在延时录像时图像也会丢失一部分,回放的图像是一顿一顿跳跃的。
[摄像机镜头选购指南]
在电视监控系统中如何根据现场被监视环境,正确选用摄像机镜头是非常重要的,因为它直接影响到系统组成后在系统末端监视器上所看到的被监视面画的效果能否满足系统的设计要求(就画面范围或图像细节而言),所以正确的选用摄像机镜头可以使系统得到最优化设计并可获得良好的监视效果。
摄像机镜头就光圈而言可分为手动光圈镜头及自动光圈镜头两种,就焦距而言又可分为定焦镜头及变焦镜头两种。
下面就以使用环境的不同谈如何正确选用摄像机镜头。
1、手动、自动光圈镜头的选用
手动、自动光圈镜头的选用取决于使用环境的照度是否恒定。
对于在环境照度恒定的情况下,如电梯轿箱内、封闭走廊里、无阳光直射的房间内,均可选用手动光圈镜头,这样可在系统初装调试中根据环境的实际照度,一次性整定镜头光圈大小,获得满意亮度画面即可。
对于环境照度处于经常变化的情况,如随日照时间而照度变化较大的门厅、窗口及大堂内等,均需选用自动光圈镜头(必须配以带有自动光圈镜头插座的摄像机),这样便可以实现画面亮度的自动调节,获得良好的较为恒定亮度的监视画面。
对于自动光圈镜头的控制信号又可分为DC及VIDEO控制两种,即直流电压控制及视频信号控制。
这在自动光圈镜头的类型选用上,摄像机自动光圈镜头插座的连接方式上,以及选择自动光圈镜头的驱动方式开关上,三者注意协调配合好即可。
2、定焦、变焦镜头的选用
定焦、变焦镜头的选用取决于被监视场景范围的大小,以及所要求被监视场景画面的清晰程度。
镜头规格(镜头规格一般分为1/3″、1/2″和2/3″等)一定的情况下,镜头焦距与镜头视场角的关系为:
镜头焦距越长,其镜头的视场角就越小(见图1所示);在镜头焦距一定的情况下,镜头规格与镜头视场角的关系为:
镜头规格越大,其镜头的视场角也越大。
所以由以上关系可知:
在镜头物距一定的情况下,随着镜头焦距的变大,在系统末端监视器上所看到的被监视场景的画面范围就越小,但画面细节越来越清晰;而随着镜头规格的增大,在系统末端监视器上所看到的被监视场景的画面范围就增大,但其画面细节越来越模糊。
在镜头规格及镜头焦距一定的前提下,CS型接口镜头的视场角将大于C型接口镜头的视场角。
镜头视场角可分为图像水平视场角以及图像垂直视场角,且图像水平视场角大于图像垂直视场角,通常我们所讲的视场角一般是指镜头的图像水平视场角。
在狭小的被监视环境中如电梯轿箱内,狭小房间均应采用短焦距广角或超广角定焦镜头,如选用镜头规格为1/2″,CS型接口,镜头焦距为3.6mm或2.6mm镜头,这些镜头视场角均不小于99°或127°,这对于摄像机在狭小空间里一般标高为2.5m左右时,其镜头的视场角范围足以覆盖整个近距离狭小被监视空间。
也可根据现场实际情况选用手动变焦镜头如日产ComputarT2Z2814CS-2镜头,这种镜头为1/3″CS型接口手动光圈镜头,其焦距2倍可调(手动调焦)。
调焦范围为2.8~6.0mm,视场角变化范围为96°~47.2°,这种镜头非常适合在狭小的被监视环境中使用,在使用时可方便地根据实际需要,灵活实现对被监视场景的“点”或“面”的监视效果。
对于一般变焦(倍)镜头而言,由于其最小焦距通常为6.0mm左右,故其变焦(倍)镜头的最大视场角为45°左右,如将此种镜头用于这种狭小的被监视环境中,其监视死角必然增大,虽然可通过对前端云台进行操作控制,以减少这种监视死角,但这样必将会增加系统的工程造价(系统需增加前端解码器、云台、防护罩等),以及系统操控的复杂性,所以在这种环境中,不宜采用变焦(倍)镜头。
在开阔的被监视环境中,首先应根据被监视环境的开阔程度,用户要求在系统末端监视器上所看到的被监视场景画面的清晰程度,以及被监视场景的中心点到摄像机镜头之间的直线距离为参考依据,在直线距离一定且满足覆盖整个被监视场景画面的前提下,应尽量考虑选用长焦距镜头,这样可以在系统末端监视器上获得一幅具有较清晰细节的被监视场景画面。
在这种环境中也可考虑选用变焦(倍)镜头(电动三可变镜头),这可根据系统的设计要求以及系统的性能价格比决定,在选用时也应考虑两点:
(1)在调节至最短焦距时(看全景)应能满足覆盖主要被监视场景画面的要求;
(2)在调节至最长焦距时(看细节)应能满足观察被监视场景画面细节的要求。
通常情况下,在室内的仓库、车间、厂房等环境中一般选用6倍或者10倍镜头即可满足要求,而在室外的库区、码头、广场、车站等环境中,可根据实际要求选用10倍、16倍或20倍镜头即可(一般情况下,镜头倍数越大,价格越高,可在综合考虑系统造价允许的前提下,适当选用高倍数变焦镜头)。
3、正确选用镜头焦距的理论计算
摄取景物的镜头视场角是极为重要的参数,镜头视场角随镜头焦距及摄像机规格大小而变化(其变化关系如前所述),覆盖景物镜头的焦距可用下述公式计算:
(1)f=u·D/U
(2)f=h·D/H
f:
镜头焦距、U:
景物实际高度、H:
景物实际宽度、D:
镜头至景物实测距离、u:
图像高度、h:
图像宽度
举例说明:
当选用1/2″镜头时,图像尺寸为u=4.8mm,h=6.4mm。
镜头至景物距离D=3500mm,景物的实际高度为U=2500mm(景物的实际宽度可由下式算出H=1.333·U,这种关系由摄像机取景器CCD片决定)。
将以上参数代入公式
(1)中,可得f=4.8·3500/2500=6.72mm,故选用6mm定焦镜头即可。
[镜头探析]
1.镜头的种类(根据应用场合分类)
广角镜头:
视角90度以上,观察范围较大近处图像有变形。
标准镜头:
视角30度左右,使用范围较广。
长焦镜头:
视角20度以内,焦距可达几十毫米或上百毫米。
变焦镜头:
镜头焦距连续可变,焦距可以从广角变到长焦,焦距越长则成像越大。
针孔镜头:
用于隐蔽观察,经常被安装在如天花板或墙壁等地方。
2.被摄物体的大小、距离与焦距的关系
假设被摄物体的宽度和高度分别为W.H,被摄物体与镜头间的距离为L,镜头的焦距为F。
3.相对孔径
为了控制通过镜头的光通量的大小,在镜头的后部均设置了光圈。
假定光圈的有效孔径为d,由于光线折射的关系,镜光实际有效的有效孔径为D,比d大,D与焦距f之比定义为相对孔径A,即A=D/f,镜头的相对孔径决定被摄像的照度,像的照度与镜头的相对孔径的倒数来表示镜头光圈的大小。
F值越小,光圈越大,到达CCD芯片的光通量就越大。
所以在焦距f相同的情况下,F值越小,表示镜头越好。
4.镜头的焦距
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。
根据环境江照的变化,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。
主要用于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、十售变焦。
三可变和二可变镜头
三可变镜头:
可调焦距、调聚焦、调光圈。
二可变镜头:
可调焦调、调聚焦、自动光圈。
5.先配镜头原则
为了获得预期的摄像效果,在选配镜头时,应着重注意六个基本要素:
A)被摄物体的大小
B)被摄物体的细节尺寸
C)物距
D)焦距
E)CCD摄像机靶面的尺寸
F)镜头及摄像系统的分辨率
操作步骤:
*移开镜头防尖装置,连接上镜头。
*如果使用CS镜头,请降下C圈(5mm),然后锁住CS镜头装置。
*C型镜头可直接安装使用。
*连接视频输出(BNC)至监视器或其它设备。
*插上DC12V电源/AC220V
*检查LED是否亮。
*当图像一旦模糊时,请调整镜头焦距。
[镜头选购指南概要]
常用的镜头种类包括:
手动/自动光圈定焦镜头和自动光圈变焦镜头两种。
定焦镜头分为标准镜头和广角镜头两种。
定焦镜头的适用范围如下:
手动光圈镜头:
所需监视的环境照度变化不大,如室内。
自动光圈镜头:
所需监视的环境照度变化大,如室外。
广角镜头:
监视的角度较宽,距离较近。
标准镜头:
监视的角度和距离适中。
变焦镜头分为10倍、6倍和2倍变焦镜头,另一种分法是:
手动变焦和电动变焦(电动光圈和自动光圈)两种。
变焦镜头在规则上可以划分为:
1/3〃、1/2〃和1〃等。
选择变焦镜头的原则是:
镜头的规格不应小于摄像机的规格,也就是说1/2〃的镜头可以与1/3〃的摄像机一起使用,但是1/3〃的镜头就不能够在1/2〃的摄像机上使用
[浅谈CCTV系统