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监控系统概述培训教程
电视监控系统
培
训
教
程
第一部分电视监控系统概述
电视监控系统是将现场的视频及音频信号采集下来通过传输媒体传输到监控中心实现监视、监听、记录及控制等功能的一套综合性系统。
从而实现安全防范、管理、教学、现场监测、视话会议等多方面功能。
一、电视监控系统基本构成
电视监控系统主要由：
前端系统、传输系统和终端系统这三大部分组成。
（一）、系统框图
（二）、前端系统
电视监控的前端系统主要是将所需要的现场的图象和音声采集摄取下来转变成电信号以传到监控中心。
其主要由：
1、摄像机2、镜头3、云台4、防护罩5、支架6、监听头7、射灯及红外灯8、解码器等产品相互结合而构成。
1、摄像机
摄像机是将图象信号即光信号转换成电信号的设备。
摄像机根据光信号转换成电信号所采取的技术不同可分为：
（1）、CCD摄像机。
（2）、COMS摄像机。
（3）、摄像管摄像机。
目前监控行业广泛采用的是CCD摄像机。
CCD是ChargeCoupledDevice（电荷耦合器件）的缩写，它是一种半导体成像器件，因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。
CCD摄像机的工作方式是被摄物体的图像经过镜头聚焦至CCD芯片上，CCD根据光的强弱积累相应比例的电荷，各个像素积累的电荷在视频时序的控制下，逐点外移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出。
视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到与原始图像相同的视频图像。
CCD摄像机的基本参数：
（1）、CCD芯片的尺寸
CCD的成像尺寸常用的有1/2寸、1/3寸、1/4寸等，成像尺寸越小的摄像机的体积可以做得更小些，其成本越低。
在相同的光学镜头下，成像尺寸越大，视场角越大，最低照度越低。
芯片规格成像面大小（宽X高）对角线1/2寸6.4x4.8mm对角线8mm，1/3寸4.8x3.6mm对角线6mm，1/4寸为宽3.2mmX高2.4mm,对角线4mm。
（2）、分辨率：
评估摄像机分辨率的指标是水平分辨率，其单位为线对，即成像后可以分辨的黑白线对的数目。
常用的黑白摄像机的分辨率一般为380-600线，彩色为330-480线，其数值越大成像越清晰。
一般的监视场合，用400线左右的黑白摄像机就可以满足要求。
而对于医疗、图像处理等特殊场合，用600线的摄像机能得到更清晰的图像。
（3）、成像灵敏度即最低照度：
通常用最低环境照度要求来表明摄像机灵敏度，黑白摄像机的灵敏度大约是0.02-0.5Lux（勒克斯），彩色摄像机多在1Lux以上。
0.1Lux的摄像机用于普通的监视场合；在夜间使用或环境光线较弱时，推荐使用0.02Lux的摄像机。
与近红外灯配合使用时，也必须使用低照度的摄像机。
另外摄像的灵敏度还与镜头有关，0.97Lux/F0.75相当于2.5Lux/F1.2相当于3.4Lux/F1.。
参考环境照度：
夏日阳光下100000Lux，阴天室外10000Lux，电视台演播室1000Lux距60W台灯60cm桌面300Lux，室内日光灯100Lux，黄昏室内10Lux，20cm处烛光10-15Lux，夜间路灯0.1Lux。
（4）、供电电压
国内所使用的CCD摄像机主要有交流220V、交流24V、直流12V。
（5）、电子快门
电子快门的时间在1/50-1/100000秒之间，摄像机的电子快门一般设置为自动电子快门方式，可根据环境的亮暗自动调节快门时间，得到清晰的图像。
有些摄像机允许用户自行手动调节快门时间，以适应某些特殊应用场合。
CCD摄像机大致可分为下列几大类：
（1）、依成像色彩划分
（A）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。
（B）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。
（2）、依摄像机分辨率划分
（A）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。
（B）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
（C）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。
（3）、依摄像机灵敏度划分
（A）普通摄像机：
正常工作所需照度彩色为0.3-3Lux,黑白为0.3-0.03Lux。
（B）底照度摄像机：
正常工作所需照度为0.03-0.001Lux左右
（C）微光摄像机：
正常工作所需照度为0.0005Lux以下
（D）红外照明摄像机：
原则上可以为零照度即0Lux，采用红外光源成像。
（4）、按摄像元件的CCD靶面的大小划分
（A）l寸靶面尺寸为宽12.7mmX高9.6mm,对角线16mm
（B）2/3寸靶面尺寸为宽8.8mmX高6.6mm,对角线11mm
（C）1/2寸靶面尺寸为宽6.4mmX高4.8mm,对角线8mm
（D）1/3寸靶面尺寸为宽4.8mmX高3.6mm,对角线6mm
（E）1/4寸靶面尺寸为宽3.2mmX高2.4mm,对角线4mm
（F）1/5in正在开发之中，尚未推出正式产品
（5）、按摄像机的功能来分
（A）普通摄像机
（B）低照度摄像机
（C）一体化摄像机
（D）半球型摄像机
（E）板机
（F）针孔摄像机
（G）智能球
（H）网络型摄像机
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。
2、镜头
镜头是同摄像机配套使用的，镜头的种类也比较多。
（1）以镜头的焦距、光圈分类：
（A）、定焦镜头：
焦距固定不变，可分为有光圈和无光圈两种。
（a）有光圈：
镜头光圈的大小可以调节。
根据环境光照的变化，
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。
手动光圈镜头：
人为手工调节光圈的，称为手动光圈；
自动光圈镜头：
自带微型电机自动调整光圈的，称为自动光圈。
（b）无光圈：
即定光圈，其通光量是固定不变的。
主要用光源恒定或摄像机自带电子快门的情况。
（B）变焦镜头：
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。
根据调整方式可分为手动和电动两种方式。
常用的电动变焦镜头为六倍、十倍、十六倍、二十倍变焦。
根据光圈控制方式可分为：
三可变镜头：
可调焦距、调聚焦、调光圈。
二可变镜头：
可调焦距、调聚焦、自动光圈。
（2）、根据应用场合分类：
（A）、广角镜头：
视角90度以上，观察范围较大，近处图像有变形。
（B）、标准镜头：
视角30度左右，使用范围较广。
（C）、长焦镜头：
视角20度以内，焦距可达几十毫米或上百毫米。
（D）、变焦镜头：
镜头焦距连续可变，焦距可以从广角变到长焦，焦距越长成像越大。
（E）、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。
（3）、选择镜头同摄像机匹配的原则是：
（1）、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。
（2）、镜头接口与摄像机接口要一致，不一致时要加连接圈。
例如：
C型镜头安装在CS型摄像机上时，必须在C型镜头上加连接圈，如果不加连接圈就可能碰坏CCD成像面的保护玻璃，造成CCD摄像机的损坏。
3、云台
云台就是两个交流电机组成的安装平台，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。
在控制信号的作用下，云台上的摄像机既可自动扫描监视区域，也可在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。
（1）、云台按使用环境分为：
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。
（2）、云台按安装方式分为：
侧装和吊装，即云台是安装在天花板上还是安装在墙壁上。
（3）、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。
云台根据其回转的特点可分为只能左右旋转的水平旋转云台和既能左右旋转又能上下旋转的全方位云台。
一般来说，水平旋转角度为0°～355°，垂直旋转角度为0°～+90°。
恒速云台的水平旋转速度一般在3°～10°/s，垂直速度为4°/s左右。
变速云台的水平旋转速度一般在0°～32°/s，垂直旋转速度在0°～16°/s左右。
在一些高速摄像系统中，云台的水平旋转速度高达200°/s以上，垂直旋转速度在30°/s以上。
4、防护罩
防护罩分为室内型和室外型两种。
（1）、室内防护罩：
主要是防尘并有一定防护作用，有的也有隐蔽作用，使监视场合和对象不易察觉受监视。
（2）、室外防护罩：
其功能有防晒、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。
目前防护罩形式多种多样，如：
全球型及半球型防护罩。
5、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。
6、监听头
监听头其功能将现场的声音通过微型麦克风和前置放大器转换成音频电信号传至中心。
一般采用三线制的监听头比较多，也有采用两线制的监听头。
一般供电为直流12V。
7、射灯及红外灯
一般在夜晚需要实现监视功能的监控系统，如果监视环境的光照度不好均需配置射灯或红外灯以辅助照明，射灯其最大好处是灵活、方便，且价格不贵。
黑白电视监控系统宜配置高压水银灯；彩色电视监控系统宜配置碘钨灯。
当需夜间隐蔽监视时应用红外灯。
红外灯一种是在普通照明灯前加滤光片，另一种是由红外发光二极管阵列构成。
前者耗能较大，且常产生“红暴”（由于滤光不净，有少量红光被人眼看到）；后者极少产生“红暴”，但照射距离较近。
另外，红外灯对彩色电视监控系统不起作用，这是由于红外光被彩色摄像机中的彩色滤色器滤掉的缘故。
因此，使用红外灯需选彩色低照度摄像机或黑白、黑白低照度摄像机。
8、解码器
在有云台、电动镜头和室外防护罩的电视监控系统中，必须配有控制解码器。
这样在控制室中操纵键盘相应按键即可完成对前端设备（云台、电动变焦镜头、室外防护罩、射灯、摄像机电源）各动作及功能的控制。
控制解码器必须与系统主机匹配，这是因为不同厂家生产的控制解码器与系统主机的通信协议、编码方式一般都不相同，除非某控制解码器在说明书中特别说明该设备与某个品牌的主机兼容，否则解码器不受控。
（三）、传输系统
传输系统主要是视频、音频信号和控制信号的传输及电源的供电。
传输系统分为：
有线传输系统和无线传输系统。
对电视监控系统而言即闭路电视监控系统和开路电视监控系统。
闭路电视监控系统根据现场及系统的实际情况可分为：
1、视频传输方式
2、射频传输方式
3、光纤传输方式
4、网络传输方式
一般楼宇的电视监控系统通常采用视频传输方式，即视频信号的传输采用同轴电缆的方式传输。
传输距离在300米以内一般采用RVV75Ω-5的视频电缆,75Ω-7的视频电缆可传500米,75Ω-9的视频电缆可传700米,75Ω-12的视频电缆可传1000米。
传输距离过远使图象质量下降，可考虑用视频放大器来提高信号增益。
传输距离越远抗干扰性越差，实际传输效果同所选用的电缆质量也有很大的关系。
音频信号一般采用两芯带屏蔽电缆传输，如RVVP2×0.3、RVVP2×0.5等。
电源线一般采用两芯电缆传输，根据所需供电的设备功率及电压伏数、传输距离、现场的情况来选择电缆的粗细。
如，RVV2×0.5、RVV2×1.0。
控制信号的传输方式包括：
1.直接控制：
控制中心直接把控制量，如云台和变焦距镜头的电源电流等，直接送入被控设备。
特点是简单、直观、容易实现。
在现场设备比较少，主机为手动控制时适用。
但在被控的云台、镜头数量很多时，控制线缆数量多，线路复杂，所以在大系统中不采用。
一般采用两根六芯线（RVV6×0.3、RVV6×0.5）来分别实现云台和变焦距镜头的控制信号传输。
2.多线编码的间接控制：
控制中心把控制的命令编成二进制或其他方式的并行码，由多线传送到现场的控制设备，再由它转换成控制量来对现场摄像设备进行控制。
这种方式比上一种方式用线少，在近距离控制时也常采用。
3.通讯编码的间接控制：
随着微处理器和各种集成电路芯片的普及，目前规模较大的电视监控系统大都采用通信编码，常用的是串行编码。
它的优点是：
用单根线路可以传送多路控制信号，从而大大节约了线路费用，通讯距离在不加中间处理情况下达可达1km公里以上，加处理可传10Km以上。
这样就克服了前面两种方式的缺陷。
数据控制信号的传输一般采用一根两芯带屏蔽电缆传输（RVVP2×0.3、RVVP2×0.5）。
除了以上方法外，还有一种控制信号和视频信号复用一条电缆的同轴视控传输方式。
这种方式不需另铺设控制电缆。
它的实现方法有两种：
一种是频率分割，即把控制信号调制在与视频信号不同的频繁范围内，然后同视频信号一起传送，到现场后再把它们分解开；另一种方法是利用视频信号场消隐期间传送控制信号。
这种方法在短距离传送时明显比其他方法要好，但设备的价格相对也比较昂贵。
在线路铺设时根据现场情况的不同需考虑抗干扰问题，为避免干扰可考虑铺设金属桥架和套金属管。
以及系统是否有良好的接地。
（四）、终端系统
终端系统是整个监控系统的核心部分，由它来实现对前端视频图象的显示和记录，音频信号的监听、记录，云台镜头等设备的控制，以及多路音视频信号的切换控制和同报警系统及其他系统的联动功能。
终端系统主要由：
1、矩阵控制系统2、监视器3、长延时录像机4、数字硬盘录像机5、画面分割器6、切换器7、云台镜头控制器8、时日发生器9、视频分配器10、控制机柜11、电源设备等产品选择相互结合而构成。
1、矩阵控制系统
矩阵控制系统是在单片机的基础上生产出来的大型视频信号、控制信号的处理设备。
可以将大量的视频信号输入、全交叉同时切换到大量的监视器等视频显示设备上。
并可通过解码器、控制前端的云台、变位镜头及其他设备（也可利用其多级联网的功能）进行分级别的控制管理。
基本功能：
（1）进行菜单的综合设置
（2）分组切换
（3）报警联动、调用、显示
（4）分级、多级控制
（5）摄象机镜头控制
（6）云台控制
（7）设置控制
（8）设置时间、日期、摄象机识别标题
（9）RS232通讯、计算机多媒体控制
2、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。
监视器主要分为黑白和彩色两大类。
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。
黑白监视器的中心分辨率通常可达600-800线，彩色监视器的分辨率一般为300-600线。
尺寸有9、10、12、14、15、17、21英寸等，常用的是14、21英寸。
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。
3、长延时录像机
长延时录像机是电视监视系统中的记录和重放装置，它要求可以记录的时间非常长，目前大部分监视系统专用的长延时录像机都可以录24H～960H的录像。
电视监视系统中专用录像机是间歇式视频录像机，它有多种时间间隔录像模式，在一盘1/2英寸VHS/E180的盒带上，最长可以录制长达960H的录像。
录像机内设有字符信号发生器，可在图像信号上打出月/日/年/星期/时/分/秒/录像模式，还能在图像上示出摄像机与报警器的编号与报警方式。
使用自动录像周期设定功能，可以对一星期内每一天的录像模式进行编程。
当收到报警信号后，录像机便自动进入连续录像状态，在无报警情况下，恢复正常间歇录像模式。
此外，录像机还有一个锁定保护键，使非正常指令与操作无效，防止非专业人员与破坏性操作侵犯电视监视系统。
4、数字硬盘录像机
长期以来，人们传统的视频录像都是通过录像机将视频图像记录在录像带上，这种录像又称模拟录像，它具有很多无法克服的缺陷：
（1）检索困难。
录像和检索都要倒带、预卷带时间。
（2）维护费用高。
大量的录像使录像机磁头磨损，故障率升高。
检修与维护困难。
（3）重复质量差。
录像带的视频信号在长期存放图像质量会不断下降；尤其是定期重复录像的系统，经过画面分割后，录像带的质量就大为降低，单帧画面几乎无法分辨。
（4）管理烦琐。
由于录像带是容量很小的，它需要管理人员定时更换和保管，否则就会中断录像。
此外对于大批量录像带的保存也较为麻烦。
模拟式磁带录放机（VideoCassetteRecorder；VCR）面市的时间已超过20年，产品技术发展得相当成熟，在市场上的接受度也很高，然而其在某些功能上，已逐渐无法满足消费者的需求。
数字影像储存设备（DigitalVideoRecorder；DVR）的兴起，使得录放机市场起了一场大革命。
DVR采数字方式存录影像，具有整合性高、功能多样、可重复录像、影像搜寻方便、画质清晰、不需耗材等特色，逐渐取代了画面分辨率不够、无法快速搜寻画面、所需耗材庞大的VCR。
DVR与VCR的比较如表1所示。
DVR是数字视频录像机的总称，因其主要功能为硬盘视频记录，安防行业内更习惯将于DVR称为硬盘录象机。
DVR采用数字压缩技术，用硬盘来储存影像，集画面分割、视频切换、录像机的功能于一体，本身可连接传感器、警报器，尚具有移动侦测、通过译码器控制云台和镜头、通过网络传输图像和控制信号等功能，所以事实上它可被称做是一台「智能数字监控录像主机」。
5、画面分割器
在大型楼宇的电视监视系统中摄像机的数量多达数百个，但监视器的数量受机房面积的限制要远远小于监视器的数量。
而且监视器数量太多也不利于值班人员全面巡视。
为了实现全景监视，即让所有的摄像机信号都能显示在监视器屏幕上，就需要用多画面分割器。
这种设备能够把多路视频信号合成为一路输出，输入一台监视器，这样就可在屏幕上同时显示多个画面。
分割方式常有4画面、9画面及16画面。
使用多画面分割器可在一台监视器上同时观看多路摄像机信号，而且它还可以用一台录像机同时录制多路视频信号。
有些较好的多画面分割器还具有单路回放功能，即能选择同时录下的多路信号视频信号的任意一路在监视器上满屏放。
6、视频切换器
在闭路电视监视系统中，摄像机数量与监视器数量的比例在2:
1到5:
1之间，为了用少量的监视器看多个摄像机，就需要用视频切换器按一定的时序把摄像机的视频信号分配给特定的监视器，这就是通常所说的视频切换器。
切换的方式可以按设定的时间间隔对一组摄像机信号逐个循环自动切换到监视器上，也可以通过手动切换图象信号显示在监视器上。
视音频切换器即可将视音频信号同步切换至监视器上。
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。
7、云台镜头控制器
在监控系统中前端系统与终端系统距离不是很远，控制点不是很多，并且没有分控系统的情况下可采用云台镜头控制器来实现对前端云台镜头的直接控制。
在选择云台镜头控制器时一定要考虑到其云台的控制电压是否和选择的云台电压相匹配。
8、时间日期发生器
时间日期发生器的作用是可将视频图象叠加上时间、日期、摄象机编号及简单的字符。
从而实现在监视器上的显示和录象机的记录。
9、视频分配器
可将一路视频信号转变成多路同样的信号，输送到多个显示与控制设备。
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。
10、控制机柜
一套完善的电视监控系统需要由中心控制机柜、屏幕墙将终端的显示、控制、记录设备合理组合在一起。
便于工作人员的监视及操作。
11、电源设备
根据监控系统的设备情况需选用与之匹配的电源设备，同时为确保整个监控系统长期稳定的正常工作，总系统需考虑配备交流稳压电源。
如果要在停电时保证系统正常运行，需配备一定功率和一定安时的UPS备用电源。
电视监控系统除了终端系统的主控中心之外，还可以设立多个分控中心，实现多级控制。
并且多个电视监控系统还可以连接在一起构成一个大的电视监控网络系统。
二、电视监控系统行业的基本标准
中华人民共和国国家标准《民用闭路监视电视系统工程技术规范》GB50198-94。
中华人民共和国国家标准《工业企业通信设计规范》。
注：
该规范用于线路敷设。
中华人民共和国安全行业标准《安全防范工程程序与要求》GA/T75-94。
中华人民共和国安全行业标准《安全防范工程费用概预算编制办法》GA/T70-94。
三、电视监控系统所运用的场所
随着社会的不断发展，电视监控系统作为一种现代化安全防范及
管理系统，已普遍运用于各行各业。
如：
1、银行、证券等金融行业
2、公、检、法等司法部门
3、政府机关及企事业厂矿
4、学校及医院
5、交通道路
6、商场、超市、宾馆、酒店等其他娱乐场所
7、电讯、电力系统
8、军队系统
9、智能楼宇、智能小区
四、电视监控系统的现状及发展趋势
电视监控系统是安全防范系统的组成部分，它是一种防范能力较强的综合系统。
视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而广泛应用于许多场合。
近年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控制技术也有长足的发展。
（一）、视频监控制系统的现状
目前，视频监控系统正处在数控模拟系统已发展非常成熟、性能稳定，在实际工程中得到广泛应用，数字系统迅速崛起但尚不完全成熟的数字和模拟混合应用并将逐渐向数字系统过渡的阶段。
在国内外市场上，主要推出数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两类产品。
前者技术发展已经非常成熟、性能稳定，在实际工程应用中得到广泛应用，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛；后者是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统，该系统解决了模拟系统部分弊
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