第六章视频安防监控系统监视器.docx
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第六章视频安防监控系统监视器
第五节监控系统的后端设备
一、视频监视器
（1）CRT（CathodeRayTube）监视器
CRT是一种使用阴极射线管（CathodeRayTube）的显示器，主要有五部分组成：
电子枪
（ElectronGun），偏转线圈（Deflectioncoils），荫罩（Shadowmask），荧光粉层（Phosphor）及玻璃外壳。
它曾是应用最广泛的显示器之一。
图6.5.1-1CRT监视器和CRT显像管外观
CRT的工作原理：
CRT（阴极射线管）显示器的核心部件是CRT显像管，经典的CRT显像管使用电子枪发射高速电子，经过垂直和水平的偏转线圈控制高速电子的偏转角度，最后
高速电子击打屏幕上的磷光物质使其发光，通过电压来调节电子束的功率，就会在屏幕上形
成明暗不同的光点形成各种图案和文字。
这种技术最早是1897年由德国人布朗发明。
CRT纯平显示器具有可视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀、可调节的多分辨率模
式、响应时间极短等LCD显示器难以超越的优点。
1•黑白监视器
（1）黑白显像管
黑白显像管是一种显示黑白图像的电真空器件，一支标准黑白显像管从外形上可分管颈、圆
锥和屏幕三个部分。
图6.5.1-2黑白显像管的结构
A.管颈：
内部装有电子枪，包括发射电子的阴极、控制电子发射量的控制极、加速电子形
成电子束的第一阳极和第二阳极，使电子束聚焦在荧光屏上的第三阳极等。
电子枪内的电子
分布近似光学的透镜系统，故称为电子光学系统”。
B.圆锥体：
它的内壁和外壁都涂有导电的石墨层，内壁与第二阳极相连，内外之间形成一
只电容，可吸收二次电子和对第二阳极起高压滤波作用。
此外石墨层还可以遮挡来自显像管
后部的杂散光线，扩大显像管的偏转角，使圆锥部分缩小，这样显像管的厚度就会变薄。
C.荧光屏（屏幕）:
显像管前面内壁玻璃表面涂有一层薄薄的荧光粉，当电子枪发射的电子
束打到它上面时荧光粉就会发光，这部分叫作荧光屏。
它的发光颜色有蓝白、黄白和灰白等
几种，电子束停止作用后，荧光屏发光经过一段时间才会消失，这叫作余辉”，一般电视显
像管的余辉时间属中短余辉。
为了减少光晕和光反射影响对比度的下降，显像管的管面采用
烟灰色玻璃。
为了防止电子射线中的负离子对荧光屏中心的轰击造成荧光膜的损坏，和提高
屏幕亮度、现代显像管均采用金属化荧光屏。
D.图像的扫描过程：
为了实现电子束的扫描，在显像管的根部装上偏转线圈，当线圈中有
和发送端扫描同步的锯齿波电流分别流过场、行偏转线圈时，电子束会控制荧光屏上的光点
上下左右移动，此时图像视频信号加到显像管的控制极（G）上，使电子束发生强弱变化，即
荧光屏上的光点亮度变化，从而显示出与发送端相同的黑白图像。
（2）黑白监视器电路
图6.5.1-3黑白监视器原理框图
黑白监视器的原理框图如图6.5.1-3所示，由图可见，输入的视频信号经前置放大后分为两
路，其中一路直接送往显像管，另一路则经同步分离及行、场处理等电路处理后形成控制显
像管显示的控制信号，以保证在显像管屏幕上得到稳定的图像显示，以下对各部分的原理作
一简单介绍。
A.视频通道电路：
把输入监视器的1VP-P左右的视频信号无失真的放大，使之能够送到
显像管的调制电极（阴极或栅极），去调制电子束的强度。
监视器对视频通道电路的基本要求是：
足够的增益，根据调制方式的不同，视频通道电路总的要有34~46dB的增益；足够
的带宽，这是监视器显示高分辨的图像的前提，一般要求有10M以上的带宽；良好的线性，
摄像机已进行了丫校正，来补偿显像管调制特性的非线性。
视频通道由输入级、中间放大级
和输出放大级组成。
输入级没有增益，主要是阻抗匹配；中间放大级提供主要的增益，要求
有良好的线性和频率特性；输出级则是按调制要求输出幅度与极性相适应的调制电压。
B.同步和扫描电路：
是向行、场偏转线圈提供锯齿波电流，使之产生偏转磁场，分行扫描
电路和场扫描电路两个主要部分。
由于行、场偏转线圈的工作频率差别很大，它们呈现的阻
抗特性不同，所需推动功率也不同。
C.显像管电路：
显像管的基本功能是向显像管的各个电极提供工作电压，保证显像管正常的工作，并实现亮度控制和亮点消除。
黑白监视器是通过黑白显像管显示图像的。
从字义上看只有“黑白”二色，其实它是从“纯黑”到“纯白”之间的所有过渡色（称为灰度）。
显像管的功能与CCD图像传感器的功能正
好相反，CCD传感器将现实物体成像变为电信号，经电路处理变成视频信号，而显像管则将视频信号转变成图像并在屏幕上显示出来。
2•彩色显像管
（1）彩色显像管
彩色显像管主要由电子枪（Electrongun）、偏转线圈（Deflectioncoils）、荫罩（Shadowmask）、荧光粉层（phosphor）和玻璃外壳五部分组成。
阳罩板（mask）
图6.5.1-4彩色显像管的结构
A.电子枪：
由灯丝加热阴极，阴极发射电子，然后在加速极电场的作用下，经聚焦极聚成很细的电子束，在阳极高压作用下，获得巨大的能量，以极高的速度去轰击荧光粉层。
这些电子束轰击的目标就是荧光屏上的三原色。
为此，电子枪发射的电子束不是一束，而是
三束，它们分别受R、G、B三个基色视频信号电压的控制，去轰击各自的荧光粉单元。
B.荧光屏：
荧光屏涂有3种荧光粉（红、绿、蓝），它们在电子束的轰击下可以分别发出3
个基色的光，每3点为一组，每一组中的每一个点将分别受到对应电子束的轰击，这些荧光
粉单元分别发出强弱不同的红、绿、蓝三种光。
从而混合产生不同色彩的像素，大量的不同
色彩的像素可以组成一张漂亮的画面，而不断变换的画面就成为可动的图像。
很显然，像素
越多，图像越清晰、细腻，也就更逼真。
C.荫罩：
为了保证三支电子束在扫描的过程中，准确击中每一个像素。
在荧光屏前加设一
块厚度约为0.15mm的薄金属障板（荫罩），它上面有很多小孔或细槽，这些小孔或细槽和荧光粉单元即像素相对应，保证每条电子束能够准确地打到相应的荧光点上。
三支电子束经
因此能够保证彩色的纯正和正确的
过小孔或细槽后只能击中同一像素中的对应荧光粉单元，会聚，所以我们才可以看到清晰的图像。
荫罩按产生电子束的原理不同主要有三枪三束型、单枪三束型与自会聚型（或叫一字三枪型）:
三枪三束荫罩管的管颈部装有三个独立的电子枪，沿显像管轴线排成“品”字形，彼此相隔
120°，如图6.5.1-5所示。
要正确地重现彩色图像，三个电子枪发射的电子束必须只击中各自对应的荧光粉点，为此在荧光屏前面约1cm处安装了称之为荫罩板的金属网孔板荫罩，板上约有44万个小圆孔，每一个小圆孔准确地对应一组三色点。
三个电子枪射出的电子束正好在荫罩板上的小圆孔中相交，并同时穿过小圆孔后分别轰击各自对应的荧光粉点。
炎光屏
荫罩板
图6.5.1-7单枪单束荫罩管示意图
单枪三束荫罩管与三枪三束荫罩管相比，具有电子束直径大、电子透射率高、会聚校正
简单。
自会聚荫罩管（又叫一字三枪荫罩管）：
是在单枪三束管的基础上发展起来的。
它利用
特殊的精密环形偏转线圈配合以显像管内部电极的改进，使“一”字形排列的三条电子束通
过特定形式分布的偏转磁场后，能在整个荧光屏上很好地实现会聚，因而无需复杂的会聚系
统及其调整，其安装使用几乎与黑白显像管一样方便，因此被称为自会聚彩色荫罩管。
如图
6.5.1-8所示。
RGB
图6.5.1-8自会聚荫罩管结构示意图
自会聚彩色荫罩管的基本特点是：
一字形排列，并让最有影响的电子束位于中间，这样
可以减少会聚误差，并且这种排列使边束会聚简单而且容易校正；一体化结构避免了电子枪
制造，安装误差对会聚的影响；由于电子枪的精密结构使灯丝和阴极间距缩小，加热快，同
时由于改进了阴极材料，5s内就可显示足够亮度。
（2）彩色监视器电路
徂純会聚组件個转纽件
图6.5.1-9彩色监视器原理框图
彩色监视器首先要将输入的复合电视信号分解为亮度信号Y和两个色差信号R-Y、B-Y,
然后由矩阵电路形成R、G、B信号，再去分别调制三个电子束，其同步电路和扫描电路与黑白监视器基本相同。
A.亮/色分离电路：
由图11—9可知，含有彩色信息的视频信号首先经过亮/色分离电路分离出亮度信号和色度信号，其中亮度信号的结构与上一节介绍的黑白视频信号的结构类似，因此其后的亮
度放大器的原理与普通视频放大器的原理一样；色度信号则是由R—Y及B—Y两个色差信
号正交调制在4.43MHz的彩色副载波所形成。
为了减少亮度信号高频分量的损失，不影响了重现图像的清晰度，高档彩色监视器中大多采
用梳状滤波器对亮/色信号进行分离。
它既可以最大限度地减小亮度信号与色度信号之间的
串扰，又可以保证亮度咼频信息不受损失。
采用梳状滤波器对视频信号的亮度信号及色度信号进行分离是充分利用了视频信号相邻行、相邻场或相邻帧的相关性以及PAL制视频信号色副载波相位自身的特点。
B.PAL制彩色解码器：
解码器是彩色视频通道的核心。
不同制式的彩电，解码器也不同。
这里以我国实行的
PAL制式为例介绍。
监视器在收到彩色电视信号并将色度信号F取出后，还应通过PAL制梳状滤波器来进
行解码，将红、蓝两色度分量FU、FV从色度信号F中分离出来。
在PAL解码器中，常采用超声波延时线作梳状滤波器，其原理方框图如图6.5.1-10示。
图6.5.1-10梳状滤波器的原理框图
由于利用超声波延时线来实现红、蓝两色度分量FU、FV的分离，因此称做延时解调器。
又由于延时解调器的幅频特性是梳状的，故又称做梳状滤波器，其解调分离原理如下：
设第n-1行色度信号为：
Fn-仁Usin3SCt-Vcos3SCt
由于V信号逐行倒相，因此第n行色度信号为：
Fn=Usin3SCt+Vcos3SCt
第n+1行色度信号为：
Fn+1=Usin3SCt-Vcos3SCt
这样，当Fn-1信号经过延时器延时一行（约延时64卩s）并反相后，就正好和Fn同时到
加法器和减法器中，经相加或相减后可得：
Fn+（-Fn-1）=2Vcos3SCt=2FV
Fn-（-Fn-1）=2Usin3SCt=2FU
同理，Fn信号经过延时器延时一行再反相后，也正好和Fn+1同时到加法器和减法器
中，经相加或相减后可得：
Fn+1+（-Fn）=-2Vcos3SCt=-2FV
Fn+1-（-Fn）=2Usin3SCt=2FU
可见，从加法器输出的总是逐行倒相的FV色度分量，从减法器输出的则为FU色度分
量，从而完成了色度信号F（t）中两个分量FU、FV的分离。
分离出来的U、V信号是平衡调幅信号，故要采用同步解调方式，解调为R—Y、B—Y
信号，然后与Y信号一同经过矩阵，即可产生R、G、B信号。
c.畐y载波恢复电路：
同步解调要有副载波信号作为相位基准，且必须与输入视频信号的副载波相位一致。
副
载波恢复电路完成这一功能，它采用锁相方式实现副载波振荡输出与色同步信号锁相，故称
APC电路，见图6.5.1-11所示。
图6.5.1-11APC副载波恢复电路
（2）平板显示器
1.液晶显示器（LiquidCrystalDisplay）
LightSource
图6.5.1-12LCD显示器结构
（1）LCD显示器的工作原理
从液晶显示器的结构来看，LCD显示屏由两块玻璃板构成，厚约1mm，其间由包含有
液晶材料的5^m均匀间隔隔开。
因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板（或称匀光板）和反光膜，背光板是由荧
光物质组成的可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。
背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万液晶液滴的液晶层。
液晶层中的液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像
素。
在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过
改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。
在液晶材料周边
是控制电路部分和驱动电路部分。
当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，
从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。
液晶显示技术也存在弱点和技术瓶颈，与CRT显示器相比亮度、画面均匀度、可视角
度和反应时间上都存在明显的差距。
其中反应时间和可视角度均取决于液晶面板的质量，画
面均匀度和辅助光学模块有很大关系。
对于液晶显示器来说，亮度往往和他的背板光源有关。
背板光源越亮，整个液晶显示器
的亮度也会随之提高。
而在早期的液晶显示器中，因为只使用2个冷光源灯管，往往会造成
4个冷光源灯管产品的推出，
实际上就是指的液晶单兀从一种
响应时间愈小愈好，它反应了液
亮度不均匀等现象，同时明亮度也不尽人意。
一直到后来使用才有很大的改善。
信号反应时间也就是液晶显示器的液晶单元响应延迟。
分子排列状态转变成另外一种分子排列状态所需要的时间，
晶显示器各像素点对输入信号反应的速度，即屏幕由暗转亮或由亮转暗的速度。
响应时间越
小则使用者在看运动画面时不会出现尾影拖拽的感觉。
有些厂商会通过将液晶体内的导电离子浓度降低来实现信号的快速响应，但其色彩饱和度、亮度、对比度就会产生相应的降低，
甚至产生偏色的现象。
这样信号反应时间上去了，但却牺牲了液晶显示器的显示效果。
有些
厂商采用的是在显示电路中加入了一片IC图像输出控制芯片，专门对显示信号进行处理的
方法来实现的。
IC芯片可以根据VGA输出显卡信号频率，调整信号响应时间。
由于没有改变液晶体的物理性质，因此对其亮度、对比度、色彩饱和度都没有影响，这种方法的制造
成本也相对较高。
由上便可看出，液晶面板的质量并不能完全代表液晶显示器的品质，没有出色的显示电
路配合，再好的面板也不能做出性能优异的液晶显示器。
随着LCD产品产量的增加、成本
的下降，液晶显示器会大量普及。
（2）LCD显示器的技术参数
A.对比度
LCD制造时选用的控制IC、滤光片和定向膜等配件，与面板的对比度有关。
市场上一线品牌如今的LCD显示器均可以达到1000：
1对比度这一级别，
B.亮度
LCD是一种介于固态与液态之间的物质，本身是不能发光的，需借助要额外的光源才行。
因此，灯管数目关系着液晶显示器亮度。
最早的液晶显示器只有上下两个灯管，发展到现在，普及型的最低也是四灯，高端的是六灯。
亮度也是一个比较重要的指标，越亮的液晶屏可以在明亮的环境下显示出色彩很好的图像，但高亮的面板都会有一个致命伤，屏会漏光，漏光是指在全黑的屏幕下，液晶不是黑的，而是发白发灰．所以好的液晶不要一味的强调亮度，还要强调对比度。
C.信号响应时间
响应时间指的是液晶显示器对于输入信号的反应速度，也就是液晶由暗转亮或由亮转暗的反应时间,通常是以毫秒（ms）为单位。
对于液晶显示器来说，响应时间40ms就成了一道坎，低于40ms的显示器便会出现明显的画面闪烁现象，让人感觉眼花。
要是想让图像画面达到不闪的程度，则就最好要达到每秒60帧的速度，也就是响应时间16ms。
现在市场上主流显示屏可达到8ms或4ms，甚至更低。
D.可视角度
LCD的可视角度是一个让人头疼的问题，当背光源通过偏极片、液晶和取向层之后，输出的光线便具有了方向性。
也就是说大多数光都是从屏幕中垂直射出来的，所以从某一个较大的角度观看液晶显示器时，便不能看到原本的颜色，甚至只能看到全白或全黑。
为了解决这个问题，制造厂商们也着手开发广角技术，到目前为止有三种比较流行的技术，分别是：
TN+FILM、IPS（IN-PLANE-SWITCHING）和MVA（MULTI-DOMAINVERTICALalignMENT）。
（3）LCD的优缺点
♦LCD的优点
LCD与CRT相比有工作电压低、功耗小，用电比传统CRT显示器的耗电量少70%，散热小、没有丝毫辐射、对人体健康无损害、完全平面、能精确还原图像、无失真、可视面积大、款式新颖多样、能大量节省空间、抗干扰能力强、显示字符锐利、画面稳定不闪烁、屏幕调节方便。
♦LCD的缺点
液晶显示器价格偏高，可视角度小，应时间比CRT慢，产生画面拖影，无法维修的坏
点。
（4）LCD显示器在日常使用中容出现几种错误，会造成“看着不舒服！
！
！
”：
A.分辨率没有设置好，LCD显示器的分辨率是有讲究的，15寸的应该是1024>768,17寸的应该是1280>024，若分辨率设置的不合适，看起来会很不舒服。
B.刷新率没有设置好，LCD显示器也有刷新率的，不过它的刷新率和CRT显示器完全是两码事，LCD刷新率的改变主要体现在：
文字边缘的清晰度上，一般LCD显示器的刷新率有三种，60、70、72，建议设置在60Hz，这样，文字看上去会舒服很多。
C.亮度和对比度没有设置好，这两项参数设置的过高，文字看上去会比较刺眼，设置的过低，文字看上去会发虚。
所以自己要会调节，建议：
亮度设置的低一些，对比度适中就行了。
2.等离子显示器（PlasmaDisplayPanel）
（1）等离子监视器的工作原理：
等离子显示器是一种利用惰性气体放电的显示装置，它采用等离子管作为发光元件，将大量的等离子管整齐地排列在一起而构成屏幕。
等离子管的发光原理与普通日光灯一样，即在每一个密封的等离子管小室内都充有氖氙等混合惰性气体，并在等离子管的两电极间加上
高压，以使气体放电而产生等离子体，而这些等离子体会发出人眼看不见的紫外光，照射到涂敷于管壁上的荧光材料上，从而激励平板显示器上的红、绿、蓝三基色荧光粉发出可见光。
每个等离子管作为一个像素，数百万个三基色像素进行明暗和颜色变化的组合，即可产生各种灰度和色彩的图像，而这一部分显然与前述的彩色显像管发光相似。
图6.5.1-13为等离子显示器的结构示意图。
由图可见，等离子显示器由前后两块玻璃基板及中间若干功能层组成。
在前基板上设有放电用的透明电极，发生气体放电的位置就对应于这个电极的下方，电极表面涂敷有透明保护层。
后基板上设有信号电极，该电极与前基
板的电极是相互垂直（正交）的。
在前后两块玻璃基板中间还设置有条状或块状隔断，把两基板间的间隙部分分隔成了一个个的小空间。
在隔断的底面和两个侧面按条状或块状涂敷三基
色荧光材料。
当通过密封层把前基板和后基板贴和在一起，并将两块基板之间抽真空再封人惰性气体
后，即构成了一个个的等离子小室。
两块基板之间的放电空间厚度约为0.1-0.3mm。
图11-13中前基板上的电极（行电极）用作扫描电极，后基板上的电极（列电极）用作信号电极。
工作时，通过驱动电路分别在行、列电极上施加行扫描电压和信号电压，即可使行、列电极交叉点处的小室发生气体放电，产生紫外线，并使小室内壁的荧光材料发光，形成一个基本
像素。
数百万个这样的基本像素共同组成视频图像。
图6.5.1-13三电极表面放电型AC-PDP结构示意图
PDP显示器屏薄、体小重轻、大视角、无X射线辐射、无几何畸变、高亮度、亮度均匀、彩色和高对比度，适应数字、动态图像的显示。
（2）优点：
♦与CRT显像管相比：
PDP显示器的体积更小、重量更轻，而且无X射线辐射。
另外，由于PDP各个发光单元的结构完全相同，因此不会出现显像管常见的图像几何畸变。
PDP屏幕亮度非常均匀——没有亮区和暗区，不像显像管的亮度——屏幕中心比四周亮度要高一些，而且，PDP不会受磁场的影响，具有更好的环境适应能力°PDP屏幕也不存
在聚焦的问题，因此，完全消除了显像管某些区域聚焦不良或年月已久开始散焦的顽症；不
会产生显像管的色彩漂移现象，而表面平直也使大屏幕边角处的失真和色纯度变化得到彻底改善。
同时，其高亮度、大视角、全彩色和高对比度，意味着PDP图像更加清晰，色彩更加鲜艳，感受更加舒适，效果更加理想，令人叹为观止，传统电视只能望其项背。
♦与LCD液晶显示屏相比：
PDP显示有亮度高、色彩还原性好、灰度丰富、对迅
速变化的画面响应速度快等优点。
由于屏幕亮度高达150Lux,因此可以在明亮的环境
之下尽情欣赏大画面的视讯节目。
另外，PDP视野开阔，能提供格外亮丽、均匀平滑的画
面和前所未有的更大观赏角度。
PDP的视角高达160度，CRT显示器在大于160度的
地方观看时画面已严重失真，至于视角只有40度左右的液晶显示屏则更加望尘莫及。
此外，
PDP平而薄的外型使其优势更加明显，特别适合壁挂式安装。
（3）缺点：
♦尽管等离子电视很薄，但其重量实际并不轻；
♦屏容易被烧伤，如果让其长时间显示统一画面，特别容易烧伤，所以一般等离子电
视都要做屏保显示；
♦因为其屏幕较大，特别容易碎，这要求我们在运输、安装和日常使用的过程中都要特别小心；
♦耗电量比较大，一般一台42寸的耗电量为380W，像60寸的要达到600W
（三）大屏幕投影机
1•液晶投影机
图6.5.1-14液晶投影机外型
LCD（LiquidCrystalDisplay，液晶显示）投影机是液晶显示技术和投影技术相结合的
产物，它利用液晶的电光效应，用液晶板作为光的控制层来实现投影。
液晶的种类很多，不
同的液晶，其分子排列顺序也不同（在LCD显示器中，采用了扭曲向列型液晶）。
有些液晶
在不加电场时是透明的，而加了电场后就变得不透明了；有些则相反，在不加电场时是不透
明的，而加了电场后就变得透明了，透明度的变化与所加电场有关，这就是电光效应。
LCD
投影机按内部液晶板的片数可分为单片式和三片式两种。
现在投影机主要采用3片式LCD
板，在此重点说明3片式LCD投影机的工作原理。
■■投影透镜
图6.5.1-14三片式LCD投影机结构
三片式LCD投影机用红绿蓝三块液晶板分别作为红绿蓝三色光的控制层。
光源发射出来的白色光经过镜头组会聚到达分色镜组，红色光首先被分离出来，投射到红色液晶板上，液晶板记录下的以透明度表示的图像信息被投射生成了图像中的红色光信息。
绿色光被投射
到绿色液晶板上，形成图像中的绿色光信息，同样蓝色光经蓝色液晶板生成图像中的蓝色光
信息，三种颜色的光在棱镜中会聚，由投影镜头投射到投影幕上形成一幅全彩色图像。
2•DLP投影机（DigitalLightProcessing）
DLP技术的核心是TI（德州仪器）公司开发的数字微镜器件DMD（DigitalMicromirror
Device）,通常DMD芯片有约130万个铰接安装的微镜，一个微镜对应一个像素。
（1）DLP投影机的工作原理
用一个积分器（integrator）将光源均匀化，通过一个有色彩三原色的色环（Color
Wheel）,将光分成R、G、B三色，微镜向光源倾斜时，光反射到镜头上，相当于光开光的
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