摄像机的安装与调试.docx

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摄像机的安装与调试

摄像机、云台、解码器的安装和调试

1.3.1任务目标

　　通过特定场合摄像机镜头支架的安装和调试，了解摄像机镜头的分类和各项技术指标，学会摄像机镜头的选型，掌握摄像机镜头安装和调试技巧。

　　通过特定场合云台、解码器的安装和调试，了解云台、解码器的功能分类选型；学会云台解码器的安装接线，能够对系统故障进行调试；

　　1.3.2任务内容

　　学校工业中心是实验室聚集地晚上没有人值班，需要安装固定彩色摄像机和全方位转动摄像机，方便校门口门卫监控工业中心楼梯口情况。

　　1.3.3知识点

　　1．摄像机

　　监控系统中使用的摄像机主要是CCD摄像机。

摄像机是摄像机和镜头的总称，根据被摄目标物体的大小和摄像机与物体的距离，通过计算得到镜头焦距来确定镜头，所以镜头都是依据实际情况而定的。

（1）CCD摄像机工作方式

　　CCDChargeCoupledDevice（电荷耦合器件）是一种特殊半导体器件，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视频机的视频输入端便可以看到与原始图像相同的视频图像。

（2）CCD彩色摄像机的主要技术指标

　　1）CCD尺寸（摄像机靶面大小）。

　　多为1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸和1/5英寸

　　2）CCD像素数

　　CCD由面阵感光元素组成，每一个元素称为像素，像素越多，分辨率越高，图像越清晰。

38万像素以上为高清晰度摄像机。

CCD像素数有的给出水平及垂直方向的像素数，如500（高）*582（宽），有的给出两者乘积值，如30万像素。

对于一定尺寸CCD芯片，像素数越多每一个像素单元面积越小，由该芯片构成摄像机的分辨率越高。

　　3）水平分辨率

　　水平分辨率是衡量摄像机优劣的一个重要参数，当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时，在监视器上能够看到线数最多。

分辨率不仅与CCD和镜头有关，还与摄像机电路通道频带宽度直接有关，通常规律是1MHz的频带宽度相当于清晰度为80线。

　　4）灵敏度

　　也称最小照度，是CCD对环境光线的敏感程度，即CCD正常成像时所需要最暗光亮度。

照度单位是LUX，数值越小，表示需要的光亮度越小，摄像机越灵敏。

月光级或星光级等高敏感度摄像机可工作在很暗的条件下，2~3LUX属一般照度。

　　5）扫描制式

　　扫描制式，有PAL制和NTSC制之分。

　　6）摄像机电源

　　摄像机电源，交流有220V、110V、24V，直流为12V或9V。

　　7）信噪比

　　是信号对于噪声的比值取对数后乘以20，单位为分贝（dB）。

一般摄像机给出的信噪比值均是在AGC（自动增益控制）关闭时的值，因为当AGC接通时，会对小信号进行提升，使得噪声电平也相应提高。

CCD摄像机的信噪比的典型值一般为45~55dB。

　　8）视频输出

　　视频输出多为1Vp-p、75Ω，均采用BNC接头。

　　9）镜头安装方式

　　镜头安装方式，有C和CS方式，两者间感光距离不同。

　　（5）CCD彩色摄像机可调功能

　　CCD彩色摄像机除了上面介绍的基本参数外，还有一些可调功能，如同步方式选择、自动增益控制、背光补偿、电子快门、白平衡、色彩调整等。

　　1）同步方式的选择

　　有三种同步方式：

外同步、内同步，电源同步供选择。

　　2）自动增益控制

　　所有摄像机都有信号放大电路，如果在微光下适当的放大可以相对提高清晰度，如果在光亮的环境中放大可能造成过载，造成信号畸变，需要有自动增益控制（AGC）电路来探测信号电平，适当开关AGC，使得摄像机在较宽动态范围内工作。

即在低照度时自动增加摄像机灵敏度，提高图像信号强度获得清晰图像。

　　3）背光补偿

　　也称逆光补偿，通常摄像机AGC工作点由整个视场内容平均值决定。

在视场中有很亮背景区和一个很暗前景区情况下，AGC对于前景区不合适。

如果此时背光补偿开启时，摄像机只根据视场中一个子区域确定AGC工作点，如果前景目标恰好在此子区域内，将有效改善前景目标可视性。

　　4）电子快门

　　电子快门控制摄像机CCD累积时间，当电子快门关闭时，对于PAL摄像机，则为1/50秒。

当摄像机的电子快门打开时，对于PAL型摄像机，其电子快门则覆盖从1/50秒到1/10000秒的范围。

当电子快门速度增加时，聚焦在CCD上的光减少，结果将降低摄像机的灵敏度，同时对于观察运动图像时候，较高快门速度会产生一个“停顿动作”效应，增加了摄像机动态分辨率。

　　5）白平衡

　　白平衡用于彩色摄像机，使摄像机图像能精确反映景物状况。

可以分为手动白平衡和自动白平衡两种方式。

自动白平衡又分成连续方式和按钮方式两种。

　　自动白平衡的连续方式：

白平衡设置将随着景物色彩温度改变连续调整，范围为2800－6000K。

这种方式对于景物色彩温度在拍摄期间不断改变的场合是最适宜的，使色彩表现自然，但景物几乎没有白色时，连续白平衡不能产生最佳彩色效果。

　　自动白平衡的按钮方式：

先将摄像机对准诸如白墙、白纸等白色目标，然后将自动方式开关从手动拨到设置位置，静止几秒钟，或者至图像呈现白色，在白平衡被执行后，将自动方式开关拨回手动位置以锁定该白平衡的设置，此时白平衡设置将保持在摄像机的存储器中，直至再次执行被改变为止，其范围为2300－10000K，在此期间，即使摄像机断电也不会丢失该设置。

2．镜头镜头是监控系统中必不可少的部件，镜头与CCD摄像机配合，可以将远距离目标成像在摄像机的CCD靶面上。

（1）镜头的参数

　　镜头光学特性包括成像尺寸、焦距、相对孔径和视场角等几个参数。

　　1）成像尺寸

　　镜头一般可分为1英寸（25.4mm）、2/3英寸（16.9mm）、1/2英寸（12.7mm）、1/3英寸（8.47mm）和1/4英寸（6.35mm）等几种规格，分别对应不同成像尺寸，选用镜头时，应使镜头成像尺寸与摄像机靶面尺寸大小相吻合。

　　2）焦距

　　焦距决定了摄取图像大小，用不同焦距镜头对同一位置某物体摄像时，配长焦距镜头摄像机所摄取的景物尺寸大，反之，配短焦距镜头摄像机所摄取景物尺寸小。

　　当已知被摄物体的大小及该物体到镜头的距离时，可估算选配镜头焦距：

f=hD/H或f=vD/V，其中D为镜头中心到被摄物体距离；H和V分别为被摄物体水平尺寸和垂直尺寸；h为靶面成像水平宽度，v为靶面成像高度。

　　3）相对孔径

　　为了控制通过镜头光通量大小，在镜头后部设置光圈。

假定光圈的有效孔径为d，由于光线折射关系，镜头实际孔径为D，D与焦距f之比定义为相对孔径A，即：

A=D/f。

一般用相对孔径的倒数来表示镜头光阑的大小，即：

F=f/D。

F称为光圈数，标注在镜头光阑调整圈上，其标值为1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22等序列值，每两个相邻数值中，后一个数值是前一个数值的倍。

像的照度与光阑的平方成正比，光阑每变化一档，像亮度变化一倍。

F值越小，光阑越大，到达摄像机靶面的光通量就越大。

　　4）视场角

　　镜头有一个确定视野，镜头对这个视野的高度和宽度的张角称为视场角。

视场角与镜头焦距f及摄像机靶面尺寸（水平尺寸h和垂直尺寸v）的大小有关，镜头的水平视场角αh和垂直视场角αv可分别由下式来计算，即：

αh=2arctan（h/2f）αv=2arctan（v/af）

　　根据以上两式，镜头的焦距f越短，其视场角越大，摄像机靶面尺寸h或v越大，其视场角也越大。

如果所选择镜头视场角太小，可能出现监视死角；若选择镜头视场角太大，可能造成监视主体画面尺寸太小，难以辨认，画面边缘出现畸变。

因此，要根据具体应用环境选择视场角合适镜头。

　　5）接口　　

　　镜头的安装方式有C型安装和CS型安装两种。

在视频监控系统中常用镜头是C型安装镜头。

镜头安装部位口径是25.4mm，从镜头安装基准面到焦点距离是17.526mm。

大多数摄像机的镜头接口CS型，将C型镜头安装到CS接口听摄像机时需增配一个5mm厚的接圈。

如果对C型镜头不加接圈就直接接到CS型接口摄像机上，可能使镜头后镜面碰到CCD靶面的保护玻璃，造成CCD摄像机的损坏。

　　3．防护罩

　　防护罩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。

一般分为两类，一类是室内防护罩，另一类是室外防护罩。

室内用防护罩结构简单，价格便宜，其主要功能是防止摄像机落尘并有一定的安全防护作用，如防盗、防破坏等。

　　室外用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。

这种防护罩具有降温、加温、防雨、防雪等功能。

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。

　　4．支架

　　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。

　　5．云台

　　云台是承载摄像机并可进行水平和垂直两个方向转动的装置。

云台内装有两个电动机。

这两个电动机一个负责水平方向的转动，另一个负责垂直方向的转动。

水平转动的角度一般为350°，垂直转动则有±45°、±35°、±75°等。

水平及垂直转动的角度大小可通过限位开关进行调整。

（1）云台的分类

　　1）按使用环境分类

　　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，有些高档的室外云台除有防雨装置外，还有防冻加温装置。

　　2）按安装方式分类

　　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）按外形分类

　　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。

（2）云台的选用

　　在选用云台时除了要考虑安装环境、安装方式、工作电压、负载大小、性能价格比和外型是否美观外，还应注意以下几个方面。

　　1）承重

　　为适应不同摄像机及防护罩的安装，云台的承重应是不同的。

应根据选用的摄像机及防护罩的总重量来选用合适承重的云台。

室内用云台的承重量较小，云台的体积和自重也较小。

室外用云台因为肯定要在它的上面安装带用防护罩的摄像机，所以承重量都较大，它的体积和自重也较大。

　　目前出厂的室内用云台承重量为1.5~7kg，室外用云台承重量为7~50kg。

还有些云台是微型云台，比如与摄像机一起安装在半球型防护罩内或全天候防护罩内的云台。

　　2）控制方式

　　一般的云台均属于有线控制的电动云台。

控制线的输入端有5个，其中1个为电源的公共端，另外4个分别为上、下、左、右控制端。

如果将电源的一端接在公共端，电源的另一端接在“上“时，则云台带动摄像机头向上转动，其余类推。

　　还有的云台内装有继电器等控制电路，这样的云台往往有6个控制输入端。

1个是电源的公共端，另4个是上、下、左、右端，还有1个则是自动转动端。

当电源的一端接到公共端，电源的另一端接在“自动”端时，云台将带动摄像机头按一定的转动速度进行上、下、左、右的自动转动。

　　在电源供电电压方面，目前常见的有交流24V和220V两种。

云台的耗电功率，一般是承重量小的功耗小，承重量大的功耗大。

在选用云台时，最好选用在云台固定不动的位置上安装有控制输入端及视频输入、输出端接口的云台，并且在固定部位与转动部位之间（即摄像机之间）有用软螺旋线形成的摄像机及镜头