视频安防监控系统技术.docx

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视频安防监控系统技术

第一章 视频安防监控系统的概念

第一节 概念

视频安防监控系统指利用视频技术探测、监视设防区并实时显示、记录现

场图像的电子系统或网络。

第二节 名词解释

2.1 视频video

基于目前的电视模式（PAL 彩色制式，CCIR 黑白制式 625 行，2：

1 隔行扫

描），所需的大约为 6MHz 或更高带宽的基带信号。

2.2视频探测video detecting

采用光电成像技术（从近红外到可见光谱范围内）对目标进行感知并生成视

频图像信号的一种探测手段。

2.3视频监控video monitoring

利用视频探测手段对目标进行监视、控制和信息记录。

2.4视频传输video transmitting

利用有线或无线传输介质，直接或通过调制解调等手段，将视频图像信号

从一处传到另一处，从一台设备传到另一台设备。

本系统中通常包括视频图像

信号从前端摄像机到视频主机设备，从视频主机到显示终端，从视频主机到分

控，从视频光发射机到视频光接收机等。

2.5视频主机videocontroller／switcher

通常指视频控制主机，它是视频系统操作控制的核心设备，通常可以完成对

图像的切换、云台和镜头的控制等。

2.6报警图像复核video check to alarm

当报警事件发生时，视频监控系统能够自动实时调用与报警区域相关的图

像，以便对现场状态进行观察复核。

2.7报警联动action with alarm

报警事件发生时，引发报警设备以外的其他设备进行动作（如报警图像复核、

照明控制等）。

3.8视频音频同步synchronization ofvideo and audio

指对同一现场传来的视频、音频信号的同步切换。

2.9环境照度environmenta lillumination

反映目标所处环境明暗的物理量，数值上等于垂直通过单位面积的光通量。

参见附录 A。

2.10图像质量picture quality

指能够为观察者分辨的光学图像质量，它通常包括像素数量、分辨率和信

噪比，但主要表现为信噪比。

2.11图像分辨率picture resolution

指在显示平面水平或垂直扫描方向上，在一定长度上能够分辨的最多的目

标图像的电视线数。

2.12前端设备terminal device

指分布于探测现场的各类设备，在本系统中，通常指摄像机以及与之配套

的相关设备（如镜头、云台、解码驱动器、防护罩等）。

2.13分控branch console

通常指在中心监控室以外设立的控制和观察终端设备。

2.14视频移动报警video moving detecting

指利用视频技术探测现场图像变化，一旦达到设定阈值即发出报警信息的

一种报警手段。

2.15视频信号丢失报警video loss alarm

指视频主机对前端来的视频信号进行监控时，一旦视频信号的峰峰值小于

设定值，系统即视为视频信号丢失，并给出报警信息的一种系统功能。

第二章 视频安防监控系统构成

视频安防监控系统一般由前端、传输、控制及显示记录四个主要部分组成。

前端部分包括一台或多台摄像机以及与之配套的镜头、云台、防护罩、解码驱

动器等；传输部分包括电缆和／或光缆，以及可能的有线／无线信号调制解调

设备等；控制部分主要包括视频切换器、云台镜头控制器、操作键盘、各类控

制通信接口、电源和与之配套的控制台、监视器柜等；显示记录设备主要包括

监视器、录像机、多画面分割器等。

图 1 系统共同部分基本组成

根据使用目的、保护范围、信息传输方式、控制方式等的不同，视频安防监控系统可

有多种构成模式。

本标准仅对各种不同类型视频监控系统的共同部分提出了通用技术要求。

各种不同的视频监控系统的共同部分的基本构成如图 1 所示。

图 2 闭路电视监控系统图

第一节 设备介绍

1.1 前端摄像机

海螺型红外摄像机

1.1.1 红外摄像机：

人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列依次为红橙

黄绿青蓝紫。

比紫光波长更短的光叫紫外线比红光波长更长的光叫红外线，人

的肉眼是看不到红外线的。

因为数码摄像机用 CCD 感应所有光线这就造成所拍

摄影像和我们肉眼只看到可见光所产生的影像很不同。

为了解决这个问题，数

码摄像机在镜头和 CCD 之间加装了一个红外滤光镜，其作用就是阻挡红外线进

入 CCD,让 CCD 只能感应到可见光，这样就使数码摄像机拍摄到的影像和我们肉

眼看到的影像相一致了。

目前大多数的红外摄像机都采用 LED 红外发光二级管

作为红外摄像机的主要材料 。

1.1.2 红外摄像机的原理：

在电视监控系统工程中，过去很少应用 红外灯 ，但由于现今社会犯罪比率不

断增加，红外线在夜间监视所扮演的角色更加突出，不仅金库、油库、军械

库、图书文献库、文物部门、监狱等重要部门采用，而且也在一般监控系统

中都被采用。

甚至居民小区电视监控工程也应用了红外线摄像机。

这说明人

们对电视监控系统工程的要求愈来愈规范、愈来愈高。

对重要的场所越来越

要求做到 24 小时连续监控。

50 米红外摄像机

实现夜视的方法，可以采用常规的可见光照明，但此法不仅不能隐蔽，

反而更加暴露监控目标。

隐蔽的夜视监控，目前都是采用红外摄像技术。

红

外摄像技术分为被动红外摄像技术和主动红外摄像技术。

被动红外摄像技术

是利用任何物体在绝对零度 （一 273℃）以上都有红外光发射的原理。

由于人

的身体和发热物体发出的红外光较强，其它非发热物体发出的红光很微弱，

因此，利用特殊的红外摄像机就可以实现夜间监控。

被动红外摄像技术由于

设备造价高且不能反映周围环境状况，因此在 夜视系统 中不被采用。

主动

红外摄像技术是利用特制的 "红外灯 "人为产生红外辐射，产生人眼看不见而

普通摄像机能捕捉到的红外光，辐射 "照明 "景物和环境，利用普通低照度

CCD 黑白摄像机或使用 "白天彩色夜间自动变黑白 "的摄像机或 "红外低 照度

彩色摄像机 "去感受周围环境反射回来的红外光，从而实现夜视功能。

红外线摄像机的原理特性

　　光是一种电磁波，它的波长区间从几个纳米（ 1nm=10-9m）到 1 毫米

（mm）左右。

人眼可见的只是其中一部分，我们称其为可见光，可见光的

波长范围为 380nm~780nm，可见光波长由长到 短分为 红、橙、黄、绿、青、

兰、紫光，波长比紫光短的称为紫外光，波长比红外光长的称为红外光。

通

常人们将红外光划分为近、中、远红外三部分。

近红外指波长为0.75～3.0

微米；中 红外指 波长为 3.0～20 微米；远红外则指波长为 20～1000 微米。

红外灯有不同的功率及 715、830nM 两种波长，波长的不同决定了红外

灯照明距离和效果 。

什么是红暴呢？

 红暴是由于 所发射的红外线中包含可见光的成

分。

　　红外灯按其红外光辐射机理分为半导体固体发光（红外发射二级管）

红外灯和热辐射红外灯两种。

一般市场上主要采用红外发射二极管的红外灯，

其原理及特性我们介绍如下：

由红外发光二级管 矩阵 组成发光体。

红外发

射二级管由红外辐射 效率高的材料（常用砷化镓 GaAs）制成 PN 结，外加

正向偏压向 PN 结注入电流激发红外光。

光谱功率分布为中心波长

830～950nm，半峰带宽 约 40nm 左右，它是窄带分布，为普通 CCD 黑白摄

像机可感受的范围。

其最大的优点是可以完全无红暴， （采用 940～950nm

波长红外管）或仅有微弱红暴（红暴为有可见红光）和寿命长。

 红外发光

二极管 的发射功率用辐照度 μW/m2 表示。

一般来说，其红外辐射功率与正

向工作电流成正比，但在接近正向电流的最大额定值时，器件的温度因电流

的热耗而上升，使光发射功率下降。

红外二极管电流过小，将影响其辐射功

率的发挥，但工作电流过大将影响其寿命，甚至使红外二极管烧毁。

针对这

一情况，富士康公司 FI-930C 和 FI-970C 在设计时充分考虑了这个问题，采

用高效率发光二极管，在摄像机里面内置散热系统，使摄像机稳定工作时间

达到 25000 小时！

1.1.3 红外摄像机的演变：

 当彩色 CCD 芯片面世后，红外摄像机面临了又一

次的问题。

白天严重偏色！

　　为了解决这一问题，便在 CCD 上应用起了滤光片，专业术语叫 （ICF），

它的作用主要是用来滤除红外线和修整光线，当时的滤光片只能让波长

（380NM-780NM）的可见光进入，白天偏色的 问题解决 了，但晚上却无法接

收到红外线，摄像机晚上就无法工作了了。

红外摄像机

于是有人开始在滤光片上做文章，让滤光片既能接收某一波长的红外线，又

能滤除大部分红外线，这其实也是 “关大门开小窗 ”的做法，有需求便会

有市场，市面上出现了专让波长 850NM~940NM 红外线进入了滤光片，时称

“双通滤光片 ”，双通滤光片往 CCD 上一粘，白天偏 色不是 很严重，晚上

也能接收红外线，这种做法在 “红界 ”广为流传，大家也将之称为 “红外

一体机 ”，目前市场上主要流通和应用的也是这种红外摄像机。

　　“红外一体机 ”由于白天也能让波长 850NM~940NM 的红外线进入，而

一旦有红外线进入时，就会引起 DSP 运算错误，这就决定了红外一体机一

定会偏色，只是比之前较轻而已。

当然，也有部分厂家具备调整芯片内部

RGB 色调的能力，以此来弥补 DSP 的运算错误。

然而，冷 暧色调也是 “众

目难调 ”，生产厂家只是将颜色处理得相对真实一点，事实上， “红外一

体机 ”在偏 色问题 处理上，只是治标不治本。

　　何使得摄像机白天不偏色，晚上又能清晰接收红外线呢？

很多安防 企

业都在思考这个问题，于是彩色日夜两用型摄像机应运而生。

这种摄像机多

加了一个机械装置，白天加上滤光片，晚上将之移除，换上普通的玻璃片来

修整光线，就像给 CCD 戴上了太阳眼镜，也极像一个戴着老花 眼镜 的先生，

在阅文写字时，目光是经过眼镜的，但在看人时，却是从镜框的上方射出目

光，这也是 “IR CUT”红外摄像机的雏形。

　　由于机械装置的耐磨性并不是很高，并且在傍晚时分，红外灯开启的临

界状态时，人们总能从摄像机内部听出不断的 “咔嚓咔嚓 ”声音，再好的

原料也顶不住这样日夜的磨损，当很多摄像机镜片切换不了时，就又回到了

白天严重偏色或是晚上不能看到 图像 的原始问题。

后来的 “IR CUT”摄像

机经过电磁开关、继电器开关等的改良，但皆因其机械精密程度，甚至导致

要改变掉滤光片的厚度，尽管在偏 色问题 上“IR CUT”摄像机 作出 过贡献，

但其到目前还是无法占领市场。

　　市场上出现了一种红外摄像机可以做到颜色逼真，用专业术语讲叫色

彩还原度高，这就是 “双 CCD 红外摄像机 ”。

　　双 CCD 红外摄像机，顾名思义有两个 CCD 板，其实也便是两台摄像机

组合在一个外壳内，并且有两个单独的摄像头，双CCD 红外摄像机的原理

其实很简单，只是两台摄像机拼合在同一个外壳内，利用一个光敏电阻进行

切换，白天所用的一个 CCD 上粘有完全滤除红外线的滤光片，晚上开启的那

台没有滤光片，只是普通玻璃片修整光线，它的原理等同于 “IR CUT”，

只是用光电转换代替了机械切换。

同时，两台摄像机在一块轮流上岗，一个

白班，一个晚班，能够延长摄像机的使用寿命。

红外摄像机

随着市场的推广，双 CCD 红外摄像机的问题也随之明显。

首先，光线照度在

光敏电阻设定的照度时，红外灯在临界点上会不停地开启和闪烁，而电流的

切换和开启另一个 CCD 板成像还有几微秒的 时间差 ，因此，在傍晚时 分，

光线照度处于临界点的几分钟内，这种摄像机会不停地听到电流“嘀嗒 ”

切换声，严重时会引起没有 画面 。

针对这个问题，三 辰科技 在双 CCD 红外摄像机上加上一个延时电路，

当接受到光线变化后，延时 3 秒钟再进行切换，可以消除这种现象，也从根

本上解决了因光线变化不停切换的问题。

热设计，因而能达到远距离夜视（最远可达220 米）和红外灯寿命长的效果。

1.2 红外光的利用率和红暴问题

　　什么是红暴呢？

 红暴是由于 所发射的红外线中包含可见光的成分。

　　红外灯可以做到完全无红暴（采用 940～950nm 波长红外管）或仅有微弱红暴。

中路通讯公司采用 美国 奥克斯特（ AUCSITER）红外技术 ，通过在保证红外灯功率的前

提下，降低红外灯自身热耗，调整红外光线角度，使红外灯的有效利用率达到了

90%。

在红外灯的选择上，挑选波长较大（ 910nm）的红外灯，严格降低红暴，达到了

微红暴效果。

1.3 红外摄像机的起雾结霜问题

　　雾、霜的形成是由于空气中的饱和水蒸气遇冷凝结而成，因冷环境的强、弱分别

凝结成霜和 雾。

 红外摄像机在工作过程中，尤其是室外摄像机常常会因四季变化、昼夜

温差、以及雨雪环境等原因在防护罩视窗玻璃上形成雾或霜，导致摄像机无法看清物体，

直接影响监控效果。

中路通讯公司通过采用先进的电子除霜电路，有效的控制腔体内

的饱和水蒸气浓度，做到了自动除雾除霜。

1.4 红外摄像机的视窗玻璃清洁

　　红外半球摄像机在雨雪天或粉尘大的环境下工作，防护罩的视窗玻璃容易出现污垢，

造成摄像机视线遮挡。

解决的办法通常是在防护罩上增加雨刷，通过控制雨刷清洁玻璃；

另外一种办法是使用隐形雨刷视窗玻璃。

与普通视窗玻璃相比，隐形雨刷视窗玻璃具有

排斥水、灰尘、雪花的功能。

1.5 红外摄像机的恒温

　　由于配置了发热量较大的红外灯，红外灯在启动后，整个工作时间段内（以12

小时计）在红外半球摄像机前部会有热量集中，即腔体内前端温度偏高，如不能散热均

匀定会影响摄像机等其它部件的正常工作。

中路通讯公司通过设计使用具有强制散热

散冷作用 的自动冷暖空调，良好的解决了这一问题。

　　自动冷暖空调采用 珀尔帖效应 原理，测温控制电路可以自动调节，将防护罩内温

度恒定在摄像机正常 工作温度范围 内，出厂时罩内温度设置在 +5℃以下加热、 +40℃

以上致冷。

实验表明该红外半球摄像机可在 -40℃～+70℃（阳光直射）的室外自然环

境下正常工作。

快速球摄像机

网络摄像机

3

 防跌落扣件； 

 上基座； 

 机舱； 

 半球形透明罩。

高速球摄像机是由云台及摄像机组成的。

　高速球 摄像机是一种智能化摄像机前端，全名叫 智能高速球 型摄像机，简称高速球。

高速球是监控系统最复杂和综合表现效果最好的摄像机前端，制造杂、价格昂贵，能够

适应高密度、最复杂的监控场合。

高速球是一种集成度相当高的产品，集成了云台系

统、通讯系统、和摄像机系统，云台系统是指电机带动的旋转部分，通讯系统是指对电

机的控制以及对 图象 和信号的处理部分，摄像机系统是指采用的一体机机芯 。

特点：

 “高速球型摄像机 ”一词是从国外 High　Speed　Dome 翻译过来的，有人把它叫

做“快球 ”，还有人称它为 “一体化球型摄像机 ”。

但目前该产品的市场情况比较混乱，

业界对高速球没有 作出 特别明确的定义，高速球与中速球、匀速球、恒速球等概念也

没有明确的区分。

虽然如此，业内人士普遍认同 “快球 ”是 “高速球 ”的简称。

高速球与

中速球一样，都可以变速控制，但中速球的转速为  60°~120°/s;高速球的转速在 120°/s

以上 ;匀速球可以理解为恒速球或慢速球，它不可以变速控制，只能以恒速控制，转速

在 15°/s 以下。

以转速来划分高速球、中速球、匀速球的标准目前在业内已是约定俗成

的作法。

高速球型摄像机是现今安防市场中高端一体化摄像设备，也是电视监控领域的宠儿。

不同于传统云台搭配摄像机的方案，其中九鼎集团高速 球产品 是比较权威的代表之一。

九鼎高速球型摄像机具有许多优点，它主要是将摄像机、电动变焦镜头、解码器、

CPU 处理器、非易失性存储芯片等集成于一体，密封于球型防护罩内的智能化摄像机系

统。

由于其外形美观、无压迫感、且不易被察觉、安装方便等众多特点，因此具有无可

比拟的优势。

在价格上，它的综合成本随着技术的不断进步而逐渐降低，为下一步在监

控系统的大量应用提供了有利条件 ;在系统集成上，它最大限度地减少了在系统搭建中

连接部分出现问题的几率 ;使用上，人性化的功能设计，快速的安装方式便于安装者的

使用维护，因此，倍受用户的青睐 。

安装调试与维护：

 球机的安装

　　安装高速球摄像机前应严格按照电气规范进行管线敷设，将强电与弱电信号线隔离

穿敷，避免干扰。

在室外空旷环境，应采取独立的外部防雷措施。

球机本身也应保持良

好的接地，防止静电累积等对球 机产生 影响。

　　安装时要正确接好电源线、通信线和视频线，连接时要仔细参照安装说明的要求，

以确认通信方式和相应的引脚定义。

一般地，设备应在施工后期安装，以避免施工现场

的大量粉尘侵入球机，直接影响其使用效果和寿命。

　　此外，以下注意事项应予以额外重视：

 　注意事项 一：

供电

　　为保证球 机正常 工作，供电电源不宜低于球机输入电压的标称值。

当标称值为

24VAC，电压波动不宜超出 ±25%。

球机常见工作电压为 24VAC。

目前市场上存有

220VAC 型号球机，其实质将变压器内置 于球罩 ，变压后给球机供电。

布线时应强调强、

弱电分开，以避免强电对弱电的干扰。

球机内部空间有限，内置变压器使强弱电共处，

从而影响弱电信号。

此外，内置变压器会加重散热负担，从而增加了内置电路烧坏的可

能性。

　　根据现场环境不同，可选择本地 220VAC 转 24VAC，或远程变压、集中供电方式。

集中供电时，应充分考虑传输线路对电能的损耗。

选择输出功率较大的设备并适当提高

输出电压，以承载线路压降，如选择 28VAC 输出给远程球机供电。

　　球机是否已获得足够的电力驱动 ?

可通过万用表测试，方法是在负载 （球机 ）开启的

情况下用万用表测量球机一端电源线的电压，观测电压是否在球机许可范围内。

特别需

要注意的是，室外球机在加热器启动或停止时，其消耗的功率相差甚远，对室外球机供

电时一定要考虑在最恶劣 环境下球机 所需的最大供电功率。

　　当市电电压波动超出 +5%～-10%范围时，应 设交流 稳压装置。

可安装 UPS 以提供

不间断稳定电源供给。

　　注意事项二：

接地

　　高速球摄像机的接地主要分为外壳接地和内部电气接地。

　　外壳接地主要用来防止静电积累、电气漏电等，室外球机还特别要加装外部防雷措

施。

一般来说，安装在立杆支架上的室外球机外壳由于 旋接在金属支架上已自然形成

接地保护，可不做特别处理。

　　球机内部的数据线和视频线都已做相应的接地处理，将球机内部的GND 端与地

线相连接，以确保设备有效接地。

　　注意事项三：

地环回路

　　即使设备有效接地，但球机和中心设备间不同地位的零电势存在差异、电源负载存

在不均衡，仍会引起接地电位差。

该电位差通过同轴电缆形成的闭合回路产生电流，引

起干扰，从而影响视频信号的正常传输，通常表现为图像中间有水平方向的杂波。

　　解决地环回路问题最有效的办法是在视频传输中增加地环隔离器。

现在室内/外

装球机视频信号大多仍采用同轴电缆传输，且部分球机到中心设备较远，较易形成地环

回路。

如采用光端机进行信号传输，则能较有效地避免地环回路的影响。

　　注意事项四：

防水

　　室外球机安装必须做防水处理。

　　对于悬吊式安装，球机与支架旋合处存在间隙。

若遇雨雪天气，水会沿缝隙渗入内

部造成危害。

因此，安装时应采取防水密封措施，杜绝雨水等从螺旋接口处进入。

　　球机安装支架的选择也相当重要，推荐选用原配支架。

原配支架充分考虑了防水问

题，如以倾斜度设计使球 机旋接 端略高。

即使支架内进水也只会倒流至立柱内，而不

会流人球机。

因此，若用户自行制作支架应充分考虑防水因素。

　　支架内为何会有水滴 ?

一般来说，白天温度较高，立杆内的水汽进入支架。

夜间温

度降低时，水汽就会冷凝成水滴，凝聚在支架沿壁。

当支架无倾斜设计，或反方向倾斜

时，水滴会沿壁流入球机，造成危害。

为减少水汽进入支架，可将支架与立杆结合处用

橡皮泥或硅胶等进行密封处理。

　　注意事项五：

散热

　　高速球摄像机工作时的散热问题也必须要考虑。

　　市场上部分 品牌球 机无室外型号，因此不能直接应用于室外，必须加配室外护罩

等配件 ,以使其能适应户外恶劣的或极端的温差环境。

　　设备调试

　　控制设备通过由微拨开 关设置 的地址码来识别球机。

所以正确设置地址码，确保

球机的正常通讯。

以 Pelco 的球机为例，微 拨开关可设置 通讯波特率和球机的通讯地

址。

球机通常会兼容多种协议，如 Pelco 球机兼容同轴、 Pelco-D、Pelco-P，不同协议

间球机具备自适应功能，无需再单独设置。

　　SW1 用来设置球机的地址信息 ;SW2 是通信线以菊花链方式连接时设置球机的终端

信息，如最远端的球机应设置为终端状态 ;SW3 用来设置球机与控制设备间的通信波特

率，所示用 6、7、8 号微拨开关的不同组合可以选择不同的波特率。

 1~5 号拨码开关

用来选择其它一些辅助功能。

　　每个球机安装完毕后应首先进行单体调试，这样可以减少全系统调试时的负担。

Pelco 的球机提供 RJ45 接口用于单体调试。

通过 RJ45 接口把球机与调试工具包连接起

来，可以调试球机的输出图像、云台转动、镜头拉伸等。

亦可进入球机菜单，进一步做

初始设置。

　　故障排除

　　除了球机本身故障外，安装调试时遇到的故障多半由外部设备引起。

　　现象 一：

球机反复重启

　　球机反复重启通常由于供电电源功率偏低，不足以驱动球 机正常 工作所引起。

先

用万用表检测球机供电电压，必须在负载 （球机 ）开启的情况下测量，判断是否存在供

电问题。

特别需要注意的是，室外球机在加热器打开和不打开时消耗的功率相差甚远，

供电时一定要考虑球机的最大功率，保证供电设备足够驱动球机正常 工作。

　　现象二：

视频滚动

　　球机视频图像在监视器不断滚动，此种现象大多由视频同步问题引起。

24VAC 球

机大多根据交流电源中的相位进行自动同步，可调出球机菜单，选择相位自动同步功能。

若因电源相位导致自动同步失效，则可在球机菜单中手动设置相位值来解决同步问题。

　　现象三：

控制乱码

当高速球摄像机出现无规则旋转时，首先检查中心设备是否出现误操作，然后检查

球机菜单是否启动了随机扫描模式。

若以上步骤均正常，则大多由于数据通信线路受干

扰而不间断发送乱码信息所致。

干扰主要来自传输路径上的电磁干扰，而光端机在光电

还原时也可能出现偏差。

1.2 显示、记录设备