监控设备

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监控一般的监控设备的组成都是比较简单的,就比如比较典型的电视监控系统主要由前端设备和后端设备这两大部分组成,前端设备通常由摄像机、手动或电动镜头、云台、防护罩、、报警探测器和多功能解码器等部件组成,它们各司其职,并通过有线、无线或光纤传输媒介与中心控制系统的各种设备建立相应的联系(传输视/音频信号及控制、报警信号).在实际的电视监控系统中,这些前端设备不一定同时使用,但实现监控现场图像采集的摄像机和镜头是必不可少的.后端设备可进一步分为中心控制设备和分控制设备.前、后端设备有多种构成方式,电源,它们之间的联系(也可称作传输系统)可通过电缆、光纤或微波等多种方式来实现.电视监控系统由摄像机部分(有时还有麦克)、传输部分、控制部分以及显示和记录部分四大块组成.在每一部分中,又含有更加具体的设备或部件.
1. 1 主要设备 监控
1. 1. 1 摄像部分
摄像部分是电视监控系统的前沿部分,是整个系统的”眼睛”.它布置在被监视场所的某一位置上,使其视场角能覆盖整个被监视的各个部位.有时,被监视场所面积较大,为了节省摄像机所用的数量、简化传输系统及控制与显示系统,在摄像机上加装电动的(可遥控的)可变焦距(变倍)镜头,使摄像机所能观察的距离更远、更清楚;有时还把摄像机安装在电动云台上,通过控制台的控制,可以使云台带动摄像机进行水平和垂直方向的转动,从而使摄像机能覆盖的角度、面积更大.总之,摄像机就像整个系统的眼睛一样,把它监视的内容变为图像信号,传送给控制中心的监视器上.由于摄像部分是系统的最前端,并且被监视场所的情况是由它变成图像信号传送到控制中心的监视器上,所以从整个系统来讲,摄像部分是系统的原始信号源.因此,摄像部分的好坏以及它产生的图像信号的质量将影响着整个系统的质量.从系统噪声计算理论的角度来讲,影响系统噪声的最大因素是系统中的第一级的输出(在这里即为摄像机的图像信号输出)信号信噪比的情况.所以,认真选择和处理摄像部分是至关重要的.如果摄像机输出的图像信号经过传输部分、控制部分之后到达监视器上,那么到达监视器上的图像信号信噪比将下降,这是由于传输及控制部分的线路、放大器、切换器、等又引入了噪声的缘故.
除了上述的有关讨论之外,对于摄像部分来说,在某些情况下,特别是在室外应用的情况下,为了防尘、防雨、抗高低温、抗腐蚀等,对摄像机及其镜头还应加装专门的防护罩,甚至对云台也要有相应的防护措施.这些也将在后面的有关章节中讨论. 监控
1. 1. 2 传输部分
传输部分就是系统的图像信号通路.一般来说,传输部分单指的是传输图像信号.但是,由于某些系统中除图像外,还要传输声音信号,同时,由于需要有控制中心通过控制台对摄像机、镜头、云台、防护罩等进行控制,因而在传输系统中还包含有控制信号的传输,所以我们这里所讲的传输部分,通常是指所有要传输的信号形成的传输系统的总和.
如前所述,传输部分主要传输的内容是图像信号.因此重点研究图像信号的传输方式及传输中有关问题是非常重要的.对图像信号的传输,重点要求是在图像信号经过传输系统后,不产生明显的噪声、失真(色度信号与亮度信号均不产生明显的失真),保证原始图像信号(从摄像机输出的图像信号)的清晰度和灰度等级没有明显下降等等.这就要求传输系统在衰减方面、引入噪声方面、幅频特性和相频特性方面有良好的性能.
在传输方式上,目前电视监控系统多半采用视频基带传输方式.如果在摄像机距离控制中心较远的情况下,也有采用射频传输方式或光纤传输方式.对以上这些不同的传输方式,所使用的传输部件及传输线路都有较大的不同.
1. 1. 3 控制部分
控制部分是整个系统的”心脏”和”大脑”,是实现整个系统功能的指挥中心.控制部分主要由总控制台(有些系统还设有副控制台)组成.总控制台中主要的功能有:视频信号放大与分配、图像信号的较正与补偿、图像信号的切换、图像信号(或包括声音信号)的记录、摄像机及其辅助部件(如镜头、云台、防护罩等)的控制(遥控)等等.在上述的各部分中,对图像质量影响最大的是放大与与分配、较正与补偿、图像信号的切换三部分.在某些摄像机距离控制中心很近、或对整个系统指标要求不高的情况下,在总控制台中往往不设较正与补偿部分.但对某些距离较远,或由于传输方式的要求等原因,校正与补偿是非常重要的.因为图像信号经过传输之后,往往其幅频特性(由于不同频率成分到达总控制台时,衰减是不同的,因而造成图像信号不同频率成分监控的幅度不同,此称为幅频特性)、相频特性(不同频率的图像信号通过传输部分后产生的相移不同,此称为相频特性)无法绝对保证指标的要求,所以在控制台上要对传输过来的图像信号进行幅频和相频的校正与补偿. 经过校正与补偿的图像信号,再经过分配和放大,进入视频切换部分,然后送到监视器上.总控制台的另一个重要方面是能对摄像机、镜头、云台、防护罩等进行遥控,以完成对被监视的场所全面、详细的监视或跟踪监视.总控制台上设有的录像机,可以随时把发生情况的被监视场所的图像记录下来,以便事后备查或作为重要依据.目前,有些控制台上高设有一台或两台”长延时录像机”,这种录像机可用一盘60分钟带长的录像带记录长达几天时间的图像信号,这样就可以对某些非常重要的被监视场所的图像连续记录,而不必使用大量的录像带.还有的总控制台上设有”多画面分割器”,如四画面、九画面、十六画面等等.也就是说,通过这个设备,可以在一台监视器上同时显示出四个、九个、十六个摄像机送来的各个被监视场所的画面,并用一台常规录像机或长延时录像机进行记录.上述这些功能的设置,要根据系统的要求而定,不一定都采用.
目前生产的总控制台,在控制功能上,控制摄像机的台数上往往都做成积木式的.可以根据要求进行组合.另外,在总控制台上还设有时间及地址的字符发生器,通过这个装置可以把年、月、日、时、分、秒都显示出来,并把被监视场所的地址、名称显示出来.在录像机上可以记录,这样对以后的备查提供了方便.
总控制台对摄像机及其辅助设备(如镜头、云台、防护罩等)的控制一般采用总线方式,把控制信号送给各摄像机附近的”终端解码箱”,在终端解码箱上将总控制台送来的编码控制信号解出,成为控制动作的命令信号,再去控制摄像机及其辅助设备的各种动作(如镜头的变倍、云台的转动等).在某些摄像机距离控制中心很近的情况下,为节省开支,也可采用由控制台直接送出控制动作的命令信号――即”开、关”信号.总之,根据系统构成的情况及要求,可以综合考虑,以完成对总控制台的设计要求或订购要求.
1. 1. 4 显示部分 监控
显示部分一般由几台或多台监视器(或带视频输入的普通电视机)组成.它的功能是将传送过来的图像一一显示出来.在电视监视系统中,特别是在由多台摄像机组成的电视监控系统中,一般都不是一台监视器对应一台摄像机进行显示,而是几台摄像机的图像信号用一台监视器轮流切换显示.这样做一是可以节省设备,减少空间的占用;二是没有必要一一对应显示.因为被监视场所的情况不可能同时发生意外情况,所以平时只要隔一定的时间(比如几秒、十几秒或几十秒)显示一下即可.当某个被监视的场所发生情况时,可以通过切换器将这一路信号切换到某一台监视器上一直显示,并通过控制台对其遥控跟踪记录.所以,在一般的系统中通常都采用四比一、八比一、甚至十六比一的摄像机对监视器的比例数设置监视器的数量.目前,常用的摄像机对监视器的比例数为四比一,即四台摄像机对应一台监视轮流显示,当摄像机的台数很多时,再采用八比一或十六比一的设置方案.另外,由于 “画面分割器”的应用,在有些摄像机台数很多的系统中,用画面分割器把几台摄像机送来的图像信号同时显示在一台监视器上,也就是在一台较大屏幕的监视器上,把屏幕分成几个面积相等的小画面,每个画面显示一个摄像机送来的画面.这样可以大大节省监视器,并且操作人员观看起来也比较方便.但是,这种方案不宜在一台监视器上同时显示太多的分割画面,否则会使某些细节难以看清楚,影响监控的效果.个人认为,四分割或九分割较为合适.
为了节省开支,对于非特殊要求的电视监控系统,监视器可采用有视频输入端子的普通电视机,而不必采用造价较高的专用监视器.监视器(或电视机)的屏幕尺寸宜采用14英寸至18英寸之间的,如果采用了”画面分割器”,可选用较大屏幕的监视器.
放置监视器的位置应适合操作者观看的距离、角度和高度.一般是在总控制台的后方,设置专用的监视架子,把监视器摆放在架子上.
监视器的选择,LED节能灯,应满足系统总的功能和总的技术指标的要求,特别是应满足长时间连续工作的要求.由于监视器或电视机已有成型的产品,大家都很熟悉,在此不作详述. 监控
系统设计:
1. 2 中小型电视监控系统
通常的电视监控系统规模都不大,功能也相对简单,但其适用的范围非常广.所监视的对象也不仅仅限于想到的人、商品、货物或车辆,有些应用系统还涉及到对诸如天然气罐、高油墨瓜炉的监视,另有些应用系统则需要对工厂的烟囱及排污管道进行曲监视.电视监控系统可以自成体系,也可以与防盗报警系统或出入口控制系统组合,构成综合保安监控系统.一般来说,典型中小型电视监控系统的摄像监视点数不超过32点,造价大都在几万~几十万元.
1. 2. 1 简单的定点监控系统
最简单的定点监控系统就是在监视现场安置定点摄像机(摄像机配接定焦镜头),通过同轴电缆将视频信号传输到监控室内的监视器.例如,在小型工厂的大门口安置一台摄像机,并通过同轴电缆将视频信号传送到厂办公室内的监视器(或电视机)上,管理人员就可以看到哪些人上班迟到或早退,离厂时是否携带了厂内的物品.若是再配置一台录像机,还可以把监视的画面记录下来,供日后检索查证.
这种简单的定点监控系统适用于多种应用场合.当摄像机的数量较多时,可通过多路切换器、画面分割器或系统主机进行监视.以某著名外企总部为例,该总部曾多次丢失高档笔记本电脑,后来在其各楼层的所有12个出口都安装了定点摄像机,并配备了3台四画面分割器和24小时实时录像机,有效地杜绝了上述失盗现象.
某招待所也是采用了这种简单的定点监控系统.监控这是在1~6层客房通道的两端各安装一台定点黑白摄像机,加上大门口、门厅、后门、停车场等4个监视点共计16台摄像机,再配置一台16画面分割器、一台29英寸大屏幕彩电和一台24小时录像机便构成了完整的监控系统.
当监视的点数增加时会使系统规模变大,但如果没有其他附加设备及要求,这类监控系统仍可归属于简单的定点系统,以某超市的闭路电视监控系统为例,由于该超市的营业面积较大(上下两层总计约16000?),货架较多,总共安装了48台定点黑白摄像机.这48台摄像机的信号被分成了3组,分别接到了对应的16画面分割器、17英寸黑白监视器和24小时录像机(该超市的实际工程中另外增加了防盗报警系统和公共广播/背景音乐系统,此处从略).
球型云台探析 监控
随着电视监控行业的迅速发展,其技术也有了许多突飞猛进的改进.近年来发展起来的球形云台摄像机(简称球机)就是其突出代表之一.球机以其外形美观、隐蔽、个性化、安装方便等特点正在逐步取代传统云台防护罩,但针对球机自身的特点,我们也应有深入的了解,以在工程中注意选择、合理配置、科学使用.
1| 球机分类及构造
一般来讲,球机在功能上主要分为普通球机和高速预置球机.在这里,传感器,我们主要讨论普通球机.普通球机主要指球机内置的云台为普通云台或无内置云台,其主要构造如图A所示.
图A最新双层对流通风设计
2| 影响球型云台性能的主要因素及对策
就当今球机技术来讲,影响球机性能及质量的因素是多方面的,但主要来自如下各方面:
1.透光球罩(简称球面)
图像清晰度下降主要原因:
•球面材质 监控
•球面表面光洁度
•球面制造工艺解决方案:
①选用光学亚加力材料,其透光率好
②球面光洁度高,不能有任何缺陷,包括:不平、凹凸起、划伤、气泡等.
③球面制造工艺精良,严格控制出模时间、温度等,此外,作业现场干净、整洁、无尘也是重要的控制因素.
图像重影一这是最经常出现的故障,也是用户及工程商不容易发现的故障
主要原因:(参见图B)
图B 图像重影原因示意
•球面曲率的大小,比如:9″比14″重影机会多
•球面d过大
•球面各部分厚薄不均匀
•选用镜头倍数与球罩尺寸不匹配
原因分析:
因为摄像机成像一般都是由像素构成,上述原因均可导致成像重影(参见图B)
解决方案:
①大倍数镜头尽量选用大尺寸球机
②尽量选用d小的球面 监控
③选用d尽量相近的球面,球面厚薄尽可能一致且均匀
④根据镜头倍数,合理购置球机尺寸.
透光率下降
主要原因:球面颜色
因为球机的一大优点是隐蔽性,因此隐蔽性越强就要求球罩颜色越深.由此深色球面的负作用是透光率下降.
解决方案:
①根据现场光照度,选择球面颜色
②尽量选择低照度摄像机
③合理选择球面颜色,一般选用浅烟、浅蓝等,可折中解决此矛盾.
反光
主要原因:
•球机内部有反光物. 监控
•摄像机与球面距离过远.
•旋转角度与外部光源形成光多角度反射.
解决方案:
①球机内尽量减少反光物
②安装中尽量将摄像机与球面接近
③尽量避免球机与外部光源构成不合理反射位置
2、球机结构
一般来讲,在户外使用的摄像机故障大大多于室内使用,究其原因主要是因为户外摄像机防护设备问题,而恰恰是防护问题大大降低摄像机和镜头使用寿命及工作的可靠性.因此科学的结构设计同样是球机性能的重要指标.
户外型–高温、防雨、加热除霜是三大重要难点
高温
户外高温主要是阳光直射.一般球机在室外阳光直射下,内部可达55℃-60℃.一般防护罩可采用内部风冷方式降温,但风冷条件是对流,而球机没有对流渠道,因此球机最佳降温手段是遮阳.先进球机的设计均采用双层结构设计,如图A所示.双层对流通风设计更是有效降温的最佳手段.一般来说,选用双层遮阳罩的球机可降低球机内部温度3℃-5℃,而单就单层顶罩来讲,其材料也十分重要,一般铝材顶罩保温效果最差,工程ABS次之,而DMC、玻璃钢等材料保温效果要明显优于上述材料.
防雨与密封
优秀球机对防雨和密封要求很高.防雨不仅要考虑雨量,而且要考虑雨水方向.我国沿海等地区经常有台风,其雨水方向是全方位的,因此对球机密封要求很高.一般来讲,漏雨进水主要来自几个方面:
•球机本身设计装配不良
•球面与顶罩接触部分不密封或密封不好 监控
•通过球机支架进水
•安装过程没有按照说明书指导在关键部分做防水处理(如支架与球机联结部、支架与墙体联结部等)
•安装中球机出线处理不好,水顺导线进入球机 注意上述要点可大大减少漏水可能.
加热与除霜
由于球机中摄像机和镜头均在球机内下部,因此球机内的加热功能设计要十分合理.一般来讲,加热器安装在球机上部,并应配有同步小型风扇,将热量吹向球机下部及球面,以起到加热摄像机和镜头并除霜的作用.
目前,最新设计是将加热器安装在球机的内侧壁,同时配同步风扇.其优点如图C所示.科学地使加热风在球机内循环,不会形成热风阻流及产生死气流区,最大限度使其加热均匀,起到加热、除霜、除水气的目的.
图C 侧壁加热及风扇热流循环设计
电机及内部结构设计
•电机是云台和球机关键部件.一般来讲,针对目前国内外电机技术衡量电机优良的主要指标是其可靠性.因此,电机在一定温度、湿度条件下连续运行的小时数是硬指标.此外,电机乱向、卡死、停机、发热、噪声、干扰等也都是云台电机的重要指标,选用优良电机可大大提高球机寿命和可靠性.
•内部结构设计的科学性、实用性.如:摄像机托板可上下调节,如前述,可最大限度地使摄像机接近球罩;内部走线合理;安装接线方便;云台回差小;连续转动抖动小;转速设计合理等也是重要指标.
3| 球机发展趋势及展望
目前国外球机发展主要发展趋势有如下凡方面:
1、外形:球机外观与安装现场环境的和谐、美观
2、小型化:适应目前摄像机、镜头小型化及一体化趋势,球机也向小型化发展
3、隐蔽性:根本上解决隐蔽与透光率低的矛盾,将是球机发展的根本性革命
4、向高速、变速预置球发展
总之,目前球机发展正处在取代传统云台防护罩的时候,而部分条件下也正处在被高速预置球机取代的地位,但无论如何,普通球机仍以其价格低、适用性强(无需通信协议等)、安装调试方便被大多数用户所青睬.
视频切换器监控
视频切换器是组成控制中心中主控制台上的一个关键设备 ,是选择视频图像信号的设备.简单地说,将几路视频信号输入,通过对其控制,选择其中一路视频信号输出.
在多路摄像机组成的电视监控系统中,一般没必要用同摄像机数量一样的监视器一一对应显示各路摄像机的图像信号.如果那样,则成本高,操作不方便,容易造成混乱,所以一般都是按一定的比例用一台监视器轮流切换显示几台摄像机的图像信号.视频切换器目前多采用由集成电路做成的模拟开关.这种形式切换控制方便,便于组成矩阵切换形式.切换的控制信号可采用编码方式.
目前所使用的主控制台上的视频切换器,电缆,一般都做成矩阵切换形式以及积木式.可根据系统中摄像机的多少以及摄像机对监视器的比例来选用视频切换器的输入输出路数及任意组成切换比例.
视频切换器的主要技术指标:
1.切换比例,此指标即指切换器的输入路数及切换后输出的路数.如果是矩阵形式的视频切换器,可通过编码任意选择切换比例.如果切换比例是固定的,一般常用的有”四选一”、”六选一”等等.
2.隔离度:这项指标是衡量多路视频信号输入到切换器上时,各路视频信号之间以及它们与切换后输出的信号之间隔离的程度.一般用分贝(dB)表示,此项指标值越高越好.
3.微分增益DG、微分相位DP 微分增益DG是指被切换后输出的视频信号与切换前的信号在幅度上的失真程度.此指标值越小,表明失真越小.
微分相位DP是指被切换后输出的视频信号与切换前的信号在相位上的失真.此指标值越小,表示在相位上失真越小.一般要求电视监视控系统中使用的视频切换器的DGl8%,DPl8..
4.输入电平与输出电平 有些视频切换器还给出输入电平(或输入电压)和输出电平(或输出电压)的技术指标.输入电平是指视频切换器输入端对输入视频信号电压幅度的要求,一般为0.8Vp-p至1.2Vp-p;输出电平是指视频切换器输出端输出电压的幅度标准,一般为1Vp-p至1.2Vp-p.
画面分割器监控
在有多个摄像机组成的电视监控系统中 ,通常采用视频切换器使多路图像在一台监视器上轮流显示.但有时为了让监控人员能同时看到所有监控点的情况,往往采用多画面分割器使得多路图像同时显示在一台监视器上.当采用几台多画面分割器时,就有可能用与多画面分割器相同数量的监视器将所有摄像机传送来的多个画面同时显示.这样,既减少了监视器的数量,又能使监控人员一目了然地监视各个部位的情况.常用的画面分割器为四画面、九画面和十六画面.
画面分割器的基本工作原理
采用图像压缩和数字化处理的方法,把几个画面按同样的比例压缩在一个监视器的屏幕上.有的还带有内置顺序切换器的功能,此功能可将各摄像机输入的全屏画面按顺序和间隔时间轮流输出显示在监视器上(如同切换主机轮流切换画面那样),并可用录像机按上述的顺序和时间间隔记录下来.其间隔时间一般是可调的. 监控
主要性能:
1.全压缩图像,数字化处理的彩色/黑白画面分割器;
2.四路(或九、十六路)视频输入并带有四路(或九、十六路)的环接输出;
3.内置可调校时间的顺序切换器和独立的切换输出.根据摄像机的编号对全屏画面按顺序切换显示,敏路画面的显示时间可由用户自己进行优化编程调整;
4.高解像度以及实时更新率.画面指标为512t512象素,更新率为25-30场/秒;
5.录像带重放时可实现1/4(或1/9、1/16)画面到全屏画面变焦(还原为实时全屏画面);
6.与标准的SUPER-VHS录像机兼容(有的还具有S-VHS接口);
7.有报警输入/输出接口,可与报警系统联动.报警时可调用全屏画面并产生报警输出信号启动录像机或其它相关设备.也就是说,当报警信号产生时,与该警报相关区域的场景将以全屏画面显示出来,并可自动录像.用户可自行设定警报的持续时间和录像的持续时间.报警输入接口数目与画面输入数目相同,铜门;
8.八个字符的摄像机名称.用户可自已编程设定给每个摄像机最多达八个字符的名称;
9.报警画面叠加、视频信号丢失指标.该功能可方便用户快速检查出现丢失的原因;
10.设置屏幕菜单编程/调用.编程简单、操作容易,电池,人-机界面友好;
11.电子保险锁.用户可自行设定密码,被允许的操作者才能进行系统的操作监控

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