視頻監(jiān)控系統(tǒng)教程
第一章：視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成
典型的閉路監(jiān)控系統(tǒng)主要由攝像機(jī)部分,、傳輸部分,、控制與記錄部分以及顯示部分四大塊組成,。
攝像部分是電視監(jiān)控系統(tǒng)的前沿部分，是整個(gè)系統(tǒng)的“眼睛”。在被監(jiān)視場(chǎng)所面積較大時(shí)，在攝像機(jī)上加裝變焦距鏡頭，使攝像機(jī)所能觀察的距離更遠(yuǎn),、更清楚；還可把攝像機(jī)安裝在電動(dòng)云臺(tái)上,，可以使云臺(tái)帶動(dòng)攝像機(jī)進(jìn)行水平和垂直方向的轉(zhuǎn)動(dòng),，從而使攝像機(jī)能覆蓋的角度更大。
在某些情況下,，特別是在室外應(yīng)用的情況下,，為了防塵、防雨,、抗高低溫,、抗腐蝕等，對(duì)攝像機(jī)及其鏡頭還應(yīng)加裝專門的防護(hù)罩,，甚至對(duì)云臺(tái)也要有相應(yīng)的防護(hù)措施,。
傳輸部分就是系統(tǒng)的圖像信號(hào)通路。一般來說,，傳輸部分單指的是傳輸圖像,、聲音信號(hào)。同時(shí),，由于需要有控制中心通過控制臺(tái)對(duì)攝像機(jī),、鏡頭、云臺(tái)等進(jìn)行控制,，因而在傳輸系統(tǒng)中還包含有控制信號(hào)的傳輸,。
在傳輸方式上,，近距離一般采用視頻線傳輸，不超過一兩公里的距離一般采用雙絞線傳輸,，更遠(yuǎn)的距離則可采用光纖傳輸,。對(duì)于遠(yuǎn)距離傳輸，還需配備視頻信號(hào)放大,、圖像信號(hào)的較正與補(bǔ)償設(shè)備。
控制與記錄部分負(fù)責(zé)對(duì)攝像機(jī)及其輔助部件（如鏡頭,、云臺(tái)）的控制,，并對(duì)圖像、聲音信號(hào)的進(jìn)行記錄,。目前硬盤錄象機(jī)的技術(shù)發(fā)展得較完善,，它不但可以記錄圖像和聲音，而且還包含了畫面分割切換,、云臺(tái)鏡頭控制等功能,，基本上取代了以往使用的畫面切換器、畫面分割器,、云臺(tái)控制器,、鏡頭控制器等產(chǎn)品。如果客戶要求能對(duì)云臺(tái),、鏡頭（特別是高速球）進(jìn)行非常方便的控制,，則可以加配控制鍵盤。
顯示部分一般由幾臺(tái)或多臺(tái)監(jiān)視器組成,。在攝像機(jī)數(shù)量不是很多,，要求不是很高的情況下，一般直接將監(jiān)視器接在硬盤錄象機(jī)上即可,。如果攝像機(jī)數(shù)量很多,，并要求多臺(tái)監(jiān)視器對(duì)畫面進(jìn)行復(fù)雜的切換顯示，則須配備“矩陣”來實(shí)現(xiàn),。
專用監(jiān)視器價(jià)格較貴,，為了節(jié)省開支，也可用普通電視機(jī)替代,。
第二章：攝像機(jī)的主要參數(shù)
在監(jiān)控系統(tǒng)中選擇攝像機(jī),，一般要看幾個(gè)主要的參數(shù)，即分辨率,、最低照度和信噪比等,，另外還要考慮攝像機(jī)的附帶功能及價(jià)格和今后服務(wù)等因素。以下對(duì)攝像機(jī)的幾個(gè)主要參數(shù)作一介紹,。
A ,、 CCD 尺寸及像素?cái)?shù) ：CCD 尺寸指的是 CCD 圖像傳感器感光面的對(duì)角線尺寸,，用于電視監(jiān)控?cái)z像機(jī)的 CCD 尺寸以 1/ 4in 、 1/ 3in 為主流,。像素?cái)?shù)指的是攝像機(jī) CCD 傳感器的最大像素?cái)?shù),，有些給出了水平及垂直方向的像素?cái)?shù)，如 500H*582V ,，有些則組出了前兩者的乘積值,，如 30 萬像素。對(duì)于一定尺寸的 CCD 芯片,，像素?cái)?shù)越多則意味著每一像素單元的面積越小,，因而由該芯片構(gòu)成的攝像機(jī)的分辨率也就越高。例如,，在電視監(jiān)控?cái)z像機(jī)中使用的 CCD 傳感器的像素有的已達(dá)到 48 萬像素,。
B 、分辨率 ：分辨率是衡量攝像機(jī)優(yōu)劣的一個(gè)重要參數(shù),，它指的是當(dāng)攝像機(jī)攝取等間隔排列的黑白相間條紋時(shí),，在監(jiān)視器（應(yīng)比攝像機(jī)的分辨率高）上能夠看到的最多線數(shù)。當(dāng)超過這一線數(shù)時(shí),，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片而不能再辨出黑白相間的線條,。工業(yè)監(jiān)視用攝像機(jī)的分辨率通常在 380~480 線之間，廣播級(jí)攝像機(jī)的分辨率則可達(dá)到 700 線左右,。
C ,、低照度 ：低照度指的是當(dāng)被攝景物的光亮度低到一定程度而使攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)電平低到某一規(guī)定值時(shí)的景物光亮度值,。測(cè)定此參數(shù)時(shí)，還應(yīng)特別注明鏡頭的最大相對(duì)孔徑。例如,，使用 F1.2 的鏡頭,，當(dāng)被景物的光亮度值低到 0.04lx 時(shí),，攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)幅值為最大幅值的 50% ,，即達(dá)到 350mV （標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)最大幅起來 700mV ），則稱此攝像機(jī)的最低照度為 0.04lx/F1.2 ,。被攝景物的光亮度值再低,，攝像要輸出的視頻信號(hào)的幅值就達(dá)不到 350mV 了，反映在監(jiān)視器的屏幕上,，將是一屏很難分辨出層次的,、灰暗的圖像。
D ,、信噪比及伽瑪校正系數(shù)：信噪比也是攝像機(jī)的一個(gè)主要參數(shù),。其基本定義是信號(hào)對(duì)于噪聲的比值乘以 20log ，一般攝像機(jī)給出的信噪比值均是在 AGC （自動(dòng)增益控制）關(guān)閉時(shí)的值,，因?yàn)楫?dāng) AGC 接通時(shí),，會(huì)對(duì)小信號(hào)進(jìn)行提升,，使得噪聲電平也相應(yīng)提高。 CCD 攝像機(jī)的信噪比的典型值一般為 45~55dB ,。測(cè)量信噪比參數(shù)時(shí),，應(yīng)使用視頻雜波測(cè)量?jī)x直接連接于攝像機(jī)的視頻輸出端子上。伽瑪校正系數(shù)前面提到的γ值,，其典型值為γ =0.45 ?，F(xiàn)行攝像機(jī)大都采用了固定的γ值。
CCD 攝像機(jī)的附帶功能
除了上述介紹的基本參數(shù)外,，各品牌的攝像機(jī)大都還有一些附帶的功能,，如自動(dòng)光圈接口、電子快門,、自動(dòng)增益控制、逆光補(bǔ)償,、線鎖定同步及外同步等,，下面簡(jiǎn)要介紹一下。
A ,、電動(dòng)光圈接口 ：目前在市場(chǎng)上見到的標(biāo)準(zhǔn) CCD 攝像機(jī)大都帶有驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭的接口,，其中有些只提供一種驅(qū)動(dòng)方式（通常為視頻驅(qū)動(dòng)方式），也就是說,，它只能配接 VD 型的自動(dòng)光圈鏡頭,，有些則可同時(shí)提供兩種驅(qū)動(dòng)方式（視頻驅(qū)動(dòng)和直流驅(qū)動(dòng)）供用戶選擇，因此,，它可以配接任何自動(dòng)光圈鏡頭,。這里，視頻驅(qū)動(dòng)（ VideoDriver ,，簡(jiǎn)稱 VD ）方式是指攝像機(jī)將視頻信號(hào)電平輸出到自動(dòng)光圈鏡頭的內(nèi)部,，再由其內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)電路輸出控制電壓，使鏡頭光圈調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),；直流驅(qū)動(dòng)（ DCDriver ,，簡(jiǎn)稱 DD ）方式則是指攝像機(jī)內(nèi)部增加了鏡頭光圈電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，可以直接輸出直流控制電壓到鏡頭內(nèi)的光圈電動(dòng)機(jī)并使其轉(zhuǎn)動(dòng),，因此,，具有直流驅(qū)動(dòng)接口的攝像機(jī)的成本就稍許高一些（因?yàn)樵黾恿艘徊糠蛛娐罚x配的自動(dòng)光圈鏡頭則因其內(nèi)部不含有驅(qū)動(dòng)電路而體積稍小一些,，價(jià)格也就低一些,。
不同品牌及型號(hào)的攝像機(jī)所帶自動(dòng)光圈接口的位置及形式是不完全一樣。一般攝像機(jī)的自動(dòng)光圈接口設(shè)置在機(jī)身的后面板上,，但也有一些則設(shè)在機(jī)身的側(cè)面,。圖 2-1 示出幾種不同形式的自動(dòng)光圈的接口,，其中陰式方四孔接口最為常見，但不同攝像機(jī)對(duì)其各針腳的定義又不完全相同,。一般視頻驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈接口使用 3 個(gè)針,，即電源、視頻,、接地,；而直流驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈接口使用 4 個(gè)針，即阻尼正,、阻尼負(fù),、驅(qū)動(dòng)正、驅(qū)動(dòng)負(fù),。若同時(shí)具有兩種光圈驅(qū)動(dòng)方式,，則具體媒涌詼ㄒ邐?VD 還是 DD 驅(qū)動(dòng)方式，須由另外的撥動(dòng)開關(guān)來選擇,，也有的由攝像機(jī)蓋板內(nèi)視頻處理板上不同的插座位置來選擇,，并在出廠前設(shè)定一種方式，還有的干脆在攝像機(jī)機(jī)身側(cè)面及后面板上直接設(shè)定兩個(gè)不同的自動(dòng)光圈接口,。
（ 1 ）陰式方四孔型（ 2 ）陰式圓四孔型（ 3 ）接線端子型
B ,、電子快門 ：電子快門（ ElectronicShutter ）是比照照相機(jī)的機(jī)械快門功能提出一個(gè)術(shù)語，它相當(dāng)于控制 CCD 圖像傳感器的感光時(shí)間,。由于 CCD 感光的實(shí)質(zhì)是信號(hào)電荷的積累,，則感光時(shí)間越長(zhǎng)，信號(hào)電荷的積累時(shí)間就越長(zhǎng),，輸出信號(hào)電流的幅值也就越大,。通過調(diào)整光生信號(hào)電荷的積累時(shí)間（即調(diào)整時(shí)鐘脈沖的寬度），即可實(shí)現(xiàn)控制 CCD 感光時(shí)間的功能,。
C ,、自動(dòng)增益控制 ：攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)必須達(dá)到電視傳輸規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)電平，即,。為了能在不同的景物照度條件下都能輸出的標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào),，必須使放大器的增益能夠在較大的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種增益調(diào)節(jié)通常都是通過檢測(cè)視頻信號(hào)的平均電平而自動(dòng)完成的,，實(shí)現(xiàn)此功能的電路稱為自動(dòng)增益控制電路,，簡(jiǎn)稱 AGC 電路。具有 AGC 功能的攝像機(jī),，在低照度時(shí)的靈敏度會(huì)有所提高,，但此時(shí)的噪點(diǎn)也會(huì)比較明顯。這是由于信號(hào)和噪聲被同時(shí)放大的緣故,。
D ,、背光補(bǔ)償 ：背光補(bǔ)償（ Back – lightCompensation ）也稱作逆光補(bǔ)償或逆光補(bǔ)正,，它可以有效補(bǔ)償攝像機(jī)在逆光環(huán)境下拍攝時(shí)畫面主體黑暗的缺陷。當(dāng)引入背光補(bǔ)償功能時(shí),，攝像機(jī)僅對(duì)整個(gè)視場(chǎng)的一個(gè)子區(qū)域（如從第 80 行 ~200 行的中心區(qū)域）進(jìn)行檢測(cè),，通過求此區(qū)域的平均信號(hào)電平來確定 AGC 電路的工作點(diǎn)。由于子區(qū)域的平均電平很低,， AGC 放大器會(huì)有較高的增益,，使輸出視頻信號(hào)的幅值提高，從而使監(jiān)視器上的主體畫面明朗,。此時(shí)的背景畫面會(huì)更加明亮,，但其與主體畫面的主觀亮度差會(huì)大大降低，整個(gè)視場(chǎng)的可視性得到改善,。
E ,、線鎖定同步 ：線鎖定同步（ LINELOCK ）是一種利用交流電源來鎖定攝像機(jī)場(chǎng)同步脈沖的一種同步方式。當(dāng)圖像出現(xiàn)因交流電源造成的網(wǎng)波干擾時(shí),，將此開關(guān)撥到線鎖定同步（ LL ）的位置,，就可消除交流電源的干擾。
第三章：攝像機(jī)的正確使用方法
攝像機(jī)的使用很簡(jiǎn)單,，通常只要正確安裝鏡頭、連通信號(hào)電纜,，接通電源即可工作,。但在實(shí)際使用中，如果不能正確地安裝鏡頭并調(diào)整攝像機(jī)及鏡頭的狀態(tài),，則可能達(dá)不到預(yù)期使用效果,。以下簡(jiǎn)要介紹攝像機(jī)的正確使用方法。
A ,、安裝鏡頭 ：攝像機(jī)必須配接鏡頭才可使用,，一般應(yīng)根據(jù)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來選配合適的鏡頭，如定焦鏡頭或變焦鏡頭,、手動(dòng)光圈鏡頭或自動(dòng)光圈鏡頭,、標(biāo)準(zhǔn)鏡頭或廣角鏡頭或長(zhǎng)焦鏡頭等。另外還應(yīng)注意鏡頭與攝像機(jī)的接口,，是 C 型接口還是 CS 型接口（這一點(diǎn)要切記,，否則用 C 型鏡頭直接往 CS 接口攝像機(jī)上旋入時(shí)極有可能損壞攝像機(jī)的 CCD 芯片）。
安裝鏡頭時(shí),，首先去掉攝像機(jī)及鏡頭的保護(hù)蓋,，然后將鏡頭輕輕旋入攝像機(jī)的鏡頭接口并使之到位。對(duì)于自動(dòng)光圈鏡頭,，還應(yīng)將鏡頭的控制線連接到攝像機(jī)的自動(dòng)光圈接口上,，對(duì)于電動(dòng)兩可變鏡頭或三可變鏡頭,，只要旋轉(zhuǎn)鏡頭到位，則暫時(shí)不需校正其平衡狀態(tài)（只有在后焦聚調(diào)整完畢后才需要最后校正其平衡狀態(tài)）,。
B ,、調(diào)整鏡頭光圈與對(duì)焦 ：關(guān)閉攝像機(jī)上電子快門及逆光補(bǔ)償?shù)乳_關(guān)，將攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)欲監(jiān)視的場(chǎng)景,，調(diào)整鏡頭的光圈與對(duì)焦環(huán),，使監(jiān)視器上的圖像最佳。如果是在光照度變化比較大的場(chǎng)合使用攝像機(jī),，最好配接自動(dòng)光圈鏡頭并作攝像機(jī)的電子快門開關(guān)置于 OFF ,。如果選用了手動(dòng)光圈則應(yīng)將攝像機(jī)的電子快門開關(guān)置于 ON ，并在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)最為明亮（環(huán)境光照度最大）時(shí),，將鏡頭光圈盡可能開大并仍使圖像為最佳（不能使圖像過于發(fā)白而過載）,，鏡頭即調(diào)整完畢。裝好防護(hù)罩并上好支架即可,。由于光圈較大,，景深范圍相對(duì)較小，對(duì)焦距時(shí)應(yīng)盡可能照顧到整個(gè)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的清晰度,。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)照度降低時(shí),，電子快門將自動(dòng)調(diào)整為慢速，配合較大的光圈,，仍可使圖像滿意,。
在以上調(diào)整過程中，若不注意在光線明亮?xí)r將鏡頭的光圈盡可能開大,，而是關(guān)得比較小,，則攝像機(jī)的電子快門會(huì)自動(dòng)調(diào)在低速上，因此仍可以在監(jiān)視器上形成較好的圖像,；但當(dāng)光線變暗時(shí),，由于鏡頭的光圈比較小，而電子快門也已經(jīng)處于最慢（ 1/50s ）了,，此時(shí)的成像就可能是昏暗一片了,。
C 、后焦距的調(diào)整 ：后焦距也稱背焦距,，指的是當(dāng)安裝上標(biāo)準(zhǔn)鏡頭（標(biāo)準(zhǔn) C/CS 接口鏡頭）時(shí),，能使被攝景物的成像恰好成在 CCD 圖像傳感器的靶面上，一般攝像機(jī)在出廠時(shí),，對(duì)后焦距都做了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,，因此，在配接定焦鏡頭的應(yīng)用場(chǎng)合，一般都不需要調(diào)整攝像機(jī)的后焦,。
在有些應(yīng)用場(chǎng)合,，可能出現(xiàn)當(dāng)鏡頭對(duì)焦環(huán)調(diào)整到極限位置時(shí)仍不能使圖像清晰，此時(shí)首先必須確認(rèn)鏡頭的接口是否正確,。如果確認(rèn)無誤,，就需要對(duì)攝像機(jī)的后焦距進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),，在絕大多數(shù)攝像機(jī)配接電動(dòng)變焦鏡頭的應(yīng)用場(chǎng)合,，往往都需要對(duì)攝像機(jī)的后焦距進(jìn)行調(diào)整。
后焦距調(diào)整的步驟如下：
a ,、將鏡頭正確安裝到攝像機(jī)上,。
b 、將鏡頭光圈盡可能開到最大（目的是縮小景深范圍,，以準(zhǔn)確找到成像焦點(diǎn)）,。
c 、通過變焦距調(diào)整（ ZoomIn ）將鏡頭推至望遠(yuǎn)（ Tele ）狀態(tài),，拍攝 10m 以外的一個(gè)物體的特寫,，再通過調(diào)整聚焦（ Focus ）將特寫圖像調(diào)清晰。
d ,、進(jìn)行與上一步相反的變焦距調(diào)整（ ZoomOut ）將鏡頭拉回至廣角（ Wide ）狀態(tài),，此時(shí)畫面變?yōu)榘鲜鎏貙懳矬w的全景圖像，但此時(shí)不能再作聚焦調(diào)整（注意：如果此時(shí)的圖像變模糊也不能調(diào)整聚焦）,，而是準(zhǔn)備下一步的后焦調(diào)整,。
e 、將攝像機(jī)前端用于固定后焦調(diào)節(jié)環(huán)的內(nèi)六角螺釘旋松,，并旋轉(zhuǎn)后焦調(diào)節(jié)環(huán)（對(duì)沒有后焦調(diào)節(jié)環(huán)的攝像機(jī)則直接旋轉(zhuǎn)鏡頭而帶動(dòng)其內(nèi)置的后焦環(huán)）,，直至畫面最清晰為止,，然后暫時(shí)旋緊內(nèi)六角螺釘,。
f 、重新推鏡頭到望遠(yuǎn)狀態(tài),，看看剛才拍攝的特寫物體是否仍然清晰,，如不清晰再重復(fù)上述第 a 、 b ,、 c 步驟,。
g 、通常只需一兩個(gè)回合就可完成后焦距調(diào)整了,。
h ,、旋緊內(nèi)六角螺釘，將光圈調(diào)整到適當(dāng)?shù)奈恢谩?/font>
第四章：攝像機(jī)鏡頭的選擇
鏡頭是電視監(jiān)控系統(tǒng)中必不可少的部件,，鏡頭與CCD攝像機(jī)配合,，可以將遠(yuǎn)距離目標(biāo)成像在攝像機(jī)的CCD靶面上,。
鏡頭的種類繁多，從焦距上分類,，可分為短焦距,、中焦距、和焦距和變焦距鏡頭,；從視場(chǎng)的大小分類,，可分為廣角、標(biāo)準(zhǔn),、遠(yuǎn)攝鏡頭,；從結(jié)構(gòu)上分類，還可分為固定光圈定焦鏡頭,、手動(dòng)光圈定焦鏡頭,、自動(dòng)光圈定焦鏡頭、手動(dòng)變焦鏡頭,、自動(dòng)光圈電動(dòng)變焦鏡頭,、電動(dòng)三可變鏡頭（指光圈、焦距,、聚焦這三者均可變）等類型,。由于鏡頭選擇得合適與否，直接關(guān)系到攝像質(zhì)量的優(yōu)劣,，因此,，在實(shí)際應(yīng)用中必須合理選擇鏡頭。
鏡頭的參數(shù)
鏡頭的光學(xué)特性包括成像尺寸,、焦距,、相對(duì)孔徑和視場(chǎng)角等幾個(gè)參數(shù)，一般在鏡頭所附的說明書中都有注明,，以下分別介紹,。
A、成像尺寸：鏡頭一般可分為25.4mm（lin）,、16.9mm（2/3in）,、12.7mm（1/2in）、8.47mm（1/3in）和6.35mm（1/4in）等幾種規(guī)格,，它們分別對(duì)應(yīng)著不同的成像尺寸,，選用鏡頭時(shí)，應(yīng)使鏡頭的成像尺寸與攝像機(jī)的靶面尺寸大小相吻合,。我們列出了幾種常見CCD芯片的靶面尺寸,，表中單位為mm。
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可知，12.7mm（1/2in）的鏡頭應(yīng)配12.7mm（1/2in）靶面的攝像機(jī),，當(dāng)鏡頭的成像尺寸比攝像機(jī)靶面的尺寸大時(shí),，不會(huì)影響成像，但實(shí)際成像的視場(chǎng)角要比該鏡頭的標(biāo)稱視場(chǎng)角?。▍⒁妶D2-2）,，而當(dāng)鏡頭的成像尺寸比攝像機(jī)靶面的尺寸小時(shí)，就會(huì)影響成像,，表現(xiàn)為成像的畫面四周被鏡筒遮擋,，在畫面的4個(gè)角上出現(xiàn)黑角。
B,、焦距：在實(shí)際應(yīng)用中,，經(jīng)常會(huì)有用戶提出該攝像機(jī)能看清多么遠(yuǎn)的物體或該攝像機(jī)能看清多么寬的場(chǎng)景等問題，這實(shí)際上由所選用的鏡頭的焦距來決定,，因?yàn)榻咕鄾Q定了攝取圖像的大小,，用不同焦距的鏡頭對(duì)同一位置的某物體攝像時(shí)，配長(zhǎng)焦距鏡頭的攝像機(jī)所攝取的景物尺寸就大,，反之,，配短焦距鏡頭的攝像機(jī)所攝取的景物尺寸就小。當(dāng)然,，被攝物體成像的清晰度還與所選用的CCD攝像機(jī)的分辨率及監(jiān)視器的分辨率有關(guān),。
理論上，任何一種鏡頭均可拍攝很遠(yuǎn)的物體,，并在CCD靶面上成一很小的像,，但受CCD單元（像素）物理尺寸的限制，當(dāng)成像小到小于CCD傳感器的一個(gè)像素大小時(shí),，便不再能形成被攝物體的像,，即使成像有幾個(gè)像素大小，該像也難以辨識(shí)為何物,。
當(dāng)已知被攝物體的大小及該物體到鏡頭距離,，則可根據(jù)計(jì)算所選取配鏡頭的焦距。
如何計(jì)算請(qǐng)點(diǎn)擊>>
成像場(chǎng)景的大小與成像物體的顯示尺寸是互相矛盾的,，舉個(gè)例子來說,，用同一支攝像機(jī)對(duì)同一個(gè)停車場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)視,，選用短焦距鏡頭可以對(duì)整個(gè)停車場(chǎng)的全景進(jìn)行監(jiān)視并看到出入口外的車輛進(jìn)出,，但卻不能看清該輛車的牌照號(hào)碼（該車在監(jiān)視器屏幕上僅占據(jù)了很小的面積）；而選用長(zhǎng)焦距鏡頭雖可以看清該輛車的牌照號(hào)碼（該車占據(jù)了屏幕上的大部分面積）,，卻又不能監(jiān)視到整個(gè)停車場(chǎng)的全貌,。因此當(dāng)需要既監(jiān)視全景以要看清局部時(shí)，一般應(yīng)考慮配用電動(dòng)兩可變或電動(dòng)三可變鏡頭。當(dāng)然,，在選定了鏡頭的前提下,，選用高分辨率的攝像機(jī)及監(jiān)視器則可以在被監(jiān)視物體成像尺寸較小時(shí)也能看清局部細(xì)節(jié)。
C,、相對(duì)孔徑：為了控制通過鏡頭的光通量大小,，在鏡頭的后部均設(shè)置了光闌（俗稱光圈）。假定光闌的有效孔徑為d,，由于光線折射的關(guān)系,，鏡頭實(shí)際的有效孔徑為D，D與焦距f之比定義為相對(duì)孔徑A,，即A=D/f
鏡頭的相對(duì)孔徑?jīng)Q定于被攝像的照度,，像的照度E與鏡頭的相對(duì)孔徑平方成正比，一般習(xí)慣上用相對(duì)孔徑的倒數(shù)來表示鏡頭光闌的大小,，即
F=f/D
式中,，F一般稱為光欄F數(shù)，標(biāo)注在鏡頭光欄調(diào)整圈上,，其標(biāo)值為1.4,、2、2.8,、4,、5.6、8,、11,、16、22等序列值,，每?jī)蓚€(gè)相鄰數(shù)值中,，后一個(gè)數(shù)值是前一個(gè)數(shù)值的倍。由于像面照度與光欄的平方成正比,，所以光欄每變化一檔,，像面亮度就變化一倍。F值越小,，光欄越大,，到達(dá)攝像機(jī)靶面的光通量就越大。
D,、視場(chǎng)角：鏡頭有一個(gè)確定的視野,，鏡頭對(duì)這個(gè)視野的高度和寬度的張角稱為視場(chǎng)角。視場(chǎng)角與鏡頭的焦距f及攝像機(jī)靶面尺寸（水平尺寸h及垂直尺寸v）的大小有關(guān),，鏡頭的水平視場(chǎng)角ah及垂直視場(chǎng)角av可分別由下式來計(jì)算,，即：ah=2arctg（h/2f） av=2arctg（v/2f）
由以上兩式可知,，鏡頭的焦距f越短，其視場(chǎng)角越大,，或者,，攝像機(jī)靶面尺寸h或v越大，其視場(chǎng)角也越大,。如果所選擇的鏡頭的視場(chǎng)角太小,，可能會(huì)因出現(xiàn)監(jiān)視死角而漏監(jiān)；而若所選擇的鏡頭的視場(chǎng)角太大,，又可能造成被監(jiān)視的主體畫面尺寸太小,，難以辨認(rèn)，且畫面邊緣出現(xiàn)畸變,。因此,，只有根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境選擇視場(chǎng)角合適的鏡頭，才能保證既不出現(xiàn)監(jiān)視死角,，又能使被監(jiān)視的主體畫面盡可能大而清晰,。
在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常聽到有用戶提出諸如某攝像機(jī)能夠“看多遠(yuǎn)”之類的問題,，比如100m,、500m甚至1km遠(yuǎn)外的物體還能否在監(jiān)視器上清晰地顯示出來。有了前面關(guān)于鏡頭的成像尺寸,、焦距及視場(chǎng)角等概念后,，這個(gè)問題就不難解釋了，即“看多遠(yuǎn)”問題與許多因素有關(guān),。比如說,，用某定焦鏡頭可以看清100m遠(yuǎn)處的鈔票的面值。一般來說,，鏡頭焦距越長(zhǎng),，“看”得就越遠(yuǎn)，但同時(shí)視場(chǎng)角卻變小,，結(jié)果觀看的范圍變窄了,。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，若用標(biāo)準(zhǔn)鏡頭剛好看清遠(yuǎn)處某人的基本特征（是男或是女）,，則換用長(zhǎng)焦距鏡頭則可能看清其面部特征（是否有痣或疤）,，但卻無法看見該人穿的是什么褲子和鞋（這部分已經(jīng)“漲”出了畫面），而換用廣角鏡頭則只可能看到畫面中有人（連男女都分辨不出）,，但卻可看清該人在整個(gè)監(jiān)視場(chǎng)景中的所處的位置,，周圍還有什么別的人物或參照物。因此,，關(guān)于“看多遠(yuǎn)”的較為科學(xué)的說法應(yīng)該是“在屏幕上成的像大小可對(duì)應(yīng)于實(shí)際觀測(cè)距離處多高或多寬的景物”,。例如，用8mm鏡頭觀測(cè)10m遠(yuǎn)處的景物,，如果該處有10個(gè)人站成一排則剛好可橫向充滿整個(gè)監(jiān)視器屏幕,。
E、接口：鏡頭的安裝方式有C型安裝和CS型安裝兩種,。圖2-4畫出了這兩種鏡頭的接口部位示意圖,。其中上半部為CS型鏡頭，下半部為C型鏡頭,。在電視監(jiān)控系統(tǒng)中常用的鏡頭是C型安裝鏡頭（in32牙螺紋座）,，這是一種國(guó)際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。這種鏡頭安裝部位的口徑是25.4mm（in）,，從鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點(diǎn)的距離是17.526mm,。大多數(shù)攝像機(jī)的鏡頭接口則做成CS型，因此將C型鏡頭安裝到CS接口的攝像機(jī)時(shí)需增配一個(gè)5mm厚的接圈,，而將CS鏡頭安裝到CS接口的攝像機(jī)時(shí)就不需接圈,。
在實(shí)際應(yīng)用中，如果誤對(duì)CS型鏡頭加裝接圈后安裝到CS接口攝像機(jī)上,，會(huì)因?yàn)殓R頭的成像面不能落到攝像機(jī)的CCD靶面上而不能得到清晰的圖像,，而如果對(duì)C型鏡頭不加接圈就直接接到CS接口攝像機(jī)上，則可能使鏡頭的后鏡面碰到CCD的靶面的保護(hù)玻璃,，造成CCD攝像機(jī)的損壞,，這一點(diǎn)在實(shí)用中需特別注意
鏡頭的種類
鏡頭的種類有許多種，每一種鏡頭都有其特點(diǎn),。根據(jù)功能與結(jié)構(gòu)的不同,，這些鏡頭的價(jià)格相差非常大，如電動(dòng)變焦鏡頭要比普通定焦鏡頭的價(jià)格高約10倍,，因此,，只有正確了解各種鏡頭的特性，才能更加靈活地選擇鏡頭,。
A,、固定光圈定焦鏡頭：固定光圈定焦鏡頭是相對(duì)較為簡(jiǎn)單的一種鏡頭，該鏡頭上只有一個(gè)可手動(dòng)調(diào)整的對(duì)焦調(diào)整環(huán)（環(huán)上標(biāo)有若干距離參考值）,，左右旋轉(zhuǎn)該環(huán)可使成在CCD靶面上的像最為清晰,，此時(shí)在監(jiān)視器屏幕上得到圖像也最為清晰。
由于是固定光圈鏡頭,，因此在鏡頭上沒有光圈調(diào)整環(huán),，也就是說該鏡頭的光圈是不可調(diào)整的，因而進(jìn)入鏡頭的光通量是不能通過簡(jiǎn)單地改變鏡頭因素而改變,，而只能通過改變被攝現(xiàn)場(chǎng)的光照度來調(diào)整,，如增減被攝現(xiàn)場(chǎng)的照明燈光等,。這種鏡頭一般應(yīng)用于光照度比較均勻的場(chǎng)合，如室內(nèi)全天以燈光照明為主的場(chǎng)合,，在其他場(chǎng)合則需與帶有自動(dòng)電子快門功能的CCD攝像機(jī)合用（當(dāng)然,，目前市面上絕大多數(shù)的CCD攝像機(jī)均帶有自動(dòng)電子快門功能），通過電子快門的調(diào)整來模擬光通量的改變,。
B,、手動(dòng)光圈定焦鏡頭：手動(dòng)光圈定焦鏡頭比固定光圈定焦鏡頭增加了光圈調(diào)整環(huán)，其光圈調(diào)整范圍一般可從F1.2或F1.4到全關(guān)閉,，能很方便地適應(yīng)被攝現(xiàn)場(chǎng)的光照度,，然而由于光圈的調(diào)整是通過手動(dòng)人為地進(jìn)行的，一旦攝像機(jī)安裝完畢,，位置固定下來,，再頻繁地調(diào)整光圈就不那么容易了，因此,，這種鏡頭一般也是應(yīng)用于光照度比較均勻的場(chǎng)合,，而在其他場(chǎng)合則也需與帶有自動(dòng)電子快門功能的CCD攝像機(jī)合用，如早晚與中午,、晴天與陰天等光照度變化比較大的場(chǎng)合,，通過電子快門的調(diào)整來模擬光通量的改變。
C,、自動(dòng)光圈定焦鏡頭：自動(dòng)光圈定焦鏡頭在結(jié)構(gòu)上有了比較大的改變,，它相當(dāng)于在手動(dòng)光圈定焦鏡頭的光圈調(diào)整環(huán)上增加一個(gè)由齒輪嚙合傳動(dòng)的微型電動(dòng)機(jī)，并從其驅(qū)動(dòng)電路上引出3芯或4芯線傳送給自動(dòng)光圈鏡頭,，至使鏡頭內(nèi)的微型電動(dòng)機(jī)相應(yīng)做正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng),，從而高速光圈的大小。自動(dòng)光圈鏡頭又分為含放大器（視頻驅(qū)動(dòng)型）與不含放大器（直流驅(qū)動(dòng)型）兩種規(guī)格,。
D,、手動(dòng)變焦鏡頭；顧名思義,，手動(dòng)變焦鏡頭的焦距是可變的,，它有一個(gè)焦距調(diào)整環(huán)，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整鏡頭的焦距,，其變比一般為2~3倍,，焦距一般在3.6~8mm。在實(shí)際工程應(yīng)用中,，通過手動(dòng)調(diào)節(jié)鏡頭的變焦環(huán),，可以方便地選擇監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的視場(chǎng)角，如：可選擇對(duì)整個(gè)房間的監(jiān)視或是選擇對(duì)房間內(nèi)某個(gè)局部區(qū)域的監(jiān)視,。當(dāng)對(duì)于監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境情況不十分了解時(shí),，采用這種鏡頭顯然是非常重要的了,。
對(duì)于大多數(shù)電視監(jiān)控系統(tǒng)工程來說，當(dāng)攝像機(jī)安裝位置固定下來后,，再頻繁地手動(dòng)變焦是很不方便的,，因此，工程完工后,，手動(dòng)變焦鏡頭的焦距一般很少再去調(diào)整,，而僅僅起到定焦鏡頭的作用,。因而手動(dòng)變焦鏡頭一般用在要求較為嚴(yán)格而用定焦鏡頭又不易滿足要求的場(chǎng)合,。但這種鏡頭卻受到工程人員的青睞，因?yàn)樵谑┕ふ{(diào)試過程中使用這種鏡頭,，通過在一定范圍的焦距調(diào)節(jié),，一般總可以找到一個(gè)可使用戶滿意的觀測(cè)范圍（不用反復(fù)更換不同焦距的鏡頭），這一點(diǎn)在外地施工中尤為顯得方便,。
E,、自動(dòng)光圈電動(dòng)變焦鏡頭：此種鏡頭與前述的自動(dòng)光圈定焦鏡頭相比另外增加了兩個(gè)微型電動(dòng)機(jī)，其中一個(gè)電動(dòng)機(jī)與鏡頭的變焦環(huán)嚙合,，當(dāng)其受控而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可改變鏡頭的焦距（Zoom）,；另一個(gè)電動(dòng)機(jī)與鏡頭的對(duì)焦環(huán)嚙合，當(dāng)其受控而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可完成鏡頭的對(duì)焦（Focus）,。由于該鏡頭增加了兩個(gè)可遙控調(diào)整的功能,，因而此種鏡頭也稱作電動(dòng)兩可變鏡頭。
自動(dòng)光圈電動(dòng)變焦鏡頭一般引出兩組多芯線,，其中一組為自動(dòng)光圈控制線,，其原理和接法與前述的自動(dòng)光圈定焦鏡頭的控制線完全相同；另一組為控制鏡頭變焦及對(duì)焦的控制線,，一般與云臺(tái)鏡頭控制器及解碼器相連,。當(dāng)操作遠(yuǎn)程控制室內(nèi)云臺(tái)鏡頭控制器及解碼器的變焦或?qū)拱粹o時(shí)，將會(huì)在此變焦或?qū)沟目刂凭€上施加一個(gè)或正或負(fù)的直流電壓,，該電壓加在相應(yīng)的微型電動(dòng)機(jī)上,，使鏡頭完成變焦及對(duì)焦調(diào)整功能。
F,、電動(dòng)三可變鏡頭：此種鏡頭與前述電動(dòng)兩可變鏡頭結(jié)構(gòu)相差不多,，只是將對(duì)光圈調(diào)整電動(dòng)機(jī)的控制由自動(dòng)控制方式改為由控制器來手動(dòng)控制，因此它也包含了3個(gè)微型電動(dòng)機(jī),，引出一組6芯控制線與云臺(tái)鏡頭控制器及解碼器相連,。常見的有6倍、10倍和12倍等幾種規(guī)格,。
需要說明的是,，變焦鏡頭的“倍率”與焦距是兩個(gè)不同的概念,，有些人往往混淆兩者的含義，認(rèn)為倍率越高則看得越遠(yuǎn),。其實(shí),，倍率是變焦鏡頭的最長(zhǎng)焦距與最短焦距之比，是一個(gè)相對(duì)值,。例如,，同樣是6倍鏡頭，市面上常見的就有6~36mm,、7~42mm,、8~48mm和8.5~51mm等多種不同廠家的不同品種，其中8.5~51mm鏡頭的遠(yuǎn)視特性顯然比6~36mm鏡頭的遠(yuǎn)視特性要好,，但它的近視（廣角）特性卻不如6~36mm鏡頭好,。
第五章：云臺(tái)與護(hù)罩
云臺(tái)是承載攝像機(jī)進(jìn)行水平和垂直兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置。云臺(tái)內(nèi)裝兩個(gè)電動(dòng)機(jī),。這兩個(gè)電動(dòng)機(jī)一個(gè)負(fù)責(zé)水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng),，另一個(gè)負(fù)責(zé)垂直方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。水平轉(zhuǎn)動(dòng)的角度一般為350度;,，垂直轉(zhuǎn)動(dòng)則有±45度;,、±35度;、±75度;等等,。水平及垂直轉(zhuǎn)動(dòng)的角度大小可通過限位開關(guān)進(jìn)行調(diào)整,。云臺(tái)的分類大致如下：
室內(nèi)用云臺(tái)及室外用云臺(tái)：室內(nèi)用云臺(tái)承重小，沒有防雨裝置,。室外用云臺(tái)承重大,，有防雨裝置。有些高檔的室外云臺(tái)除有防雨裝置外,，還有防凍加溫裝置,。
承重：為適應(yīng)安裝不同的攝像機(jī)及防護(hù)罩，云臺(tái)的承重應(yīng)是不同的,。應(yīng)根據(jù)選用的攝像機(jī)及防護(hù)罩的總重量來選用合適承重的云臺(tái),。室內(nèi)云臺(tái)的承重量較小，云臺(tái)的體積和自重也較小,。室外用云臺(tái)因?yàn)榭隙ㄒ谒纳厦姘惭b帶有防護(hù)罩（往往還是全天候防護(hù)罩）的攝像機(jī),，所以承重量都較大。它的體積和自重也較大,。
目前出廠的室內(nèi)云臺(tái)承重量大約1.5kg~7kg左右,，室外用云臺(tái)承重量大約為7kg~50kg左右。還有些云臺(tái)是微型云臺(tái)，比如與攝像機(jī)一起安裝在半球型防護(hù)罩內(nèi)或全天候防護(hù)罩內(nèi)的云臺(tái),。
控制方式：一般的云臺(tái)均屬于有線控制的電動(dòng)云臺(tái),。控制線的輸入端有五個(gè),，其中一個(gè)為電源的公共端,，另外四個(gè)分為上、下,、左,、右控制端。如果將電源的一端接在公共端上,，電源的另一端接在“上”時(shí),，則云臺(tái)帶動(dòng)攝像機(jī)頭向上轉(zhuǎn)，其余類推,。
還有的云臺(tái)內(nèi)裝繼電器等控制電路,，這樣的云臺(tái)往往有六個(gè)控制輸入端,。一個(gè)是電源的公共端,，另四個(gè)是上、下,、左,、右端，還有一個(gè)則是自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)端,。當(dāng)電源的一端接在公共端,，電源另一端接在“自動(dòng)”端，云臺(tái)將帶攝像機(jī)頭按一定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行上,、下,、左、右的自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng),。
在電源供電電壓方面,，目前常見的有交流24V和220V兩種。云臺(tái)的耗電功率,，一般是承重量小的功耗小,，承重量大的功耗大。
目前,，還有直流6V供電的室內(nèi)用小型云臺(tái),，可在其內(nèi)部安裝電池，并用紅外遙控器進(jìn)行遙控,。目前大多數(shù)云臺(tái)仍采用有線搖控方式,。云臺(tái)的安裝位置距控制中心較近，且數(shù)量不多時(shí)，一般從控制臺(tái)直接輸出控制信號(hào)進(jìn)行控制,。而當(dāng)云臺(tái)的安裝位置距離控制中心較遠(yuǎn)且數(shù)量較多時(shí),，往往采用總線方式傳送編碼的控制信號(hào)并通過終端解碼器解出控制信號(hào)再去控制云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
在選用云臺(tái)時(shí),，最好選用在云臺(tái)固定不動(dòng)的位置上安裝有控制輸入端及視頻輸入輸出端接口的云臺(tái),，并且在固定部位與轉(zhuǎn)動(dòng)部位之間（即與攝像機(jī)之間）有用軟螺旋線形成的攝像機(jī)及鏡頭的控制輸入線和視頻輸出線的連線。這樣的云臺(tái)安裝使用后不會(huì)因長(zhǎng)期使用導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)部分的連線損壞,。特別是室外用的云臺(tái)更應(yīng)如此,。
防護(hù)罩是使攝像機(jī)在有灰塵、雨水,、高低溫等情況下正常使用的防護(hù)裝置,。防護(hù)罩一般分為兩類。一類是室內(nèi)用防護(hù)罩,，這種防護(hù)罩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，價(jià)格便宜。其主要功能是防止攝像機(jī)落塵并有一定的安全防護(hù)作用,，如防盜,、防破壞等。室外防護(hù)罩一般為全天候防護(hù)罩,，即無論刮風(fēng),、下雨、下雪,、高溫,、低溫等惡劣情況，都能使安裝在防護(hù)罩內(nèi)的攝像機(jī)正常工作,。因而這種防護(hù)罩具有降溫,、加溫、防雨,、防雪等功能,。同是，為了在雨雪天氣仍能使攝像機(jī)正常攝取圖像,，一般在全天候防護(hù)罩的玻璃窗前安裝有可控制的雨刷,。
目前較好的全天候防護(hù)罩是采用半導(dǎo)體器件加溫和降溫的防護(hù)罩。這種防護(hù)罩內(nèi)裝有半導(dǎo)體元件,，即可自動(dòng)加溫,，也可自動(dòng)降溫，并且功耗較小,。
