视频监控系统 模块五

摄像机 摄像机的种类 摄像机是视频监控系统前端的主要设备之一。常用摄像机的分类如右图所示。

摄像机的扫描制式 为使摄像机输出的视频信号的制式符合现行的电视标准，要求加于CCD传感器上的时钟脉冲与视频信号同步。 “光—电—光”转换过程 图像— 电信号—监视器屏幕图像

扫描制式 （1）扫描过程 利用眼睛的视觉惰性与GRT上荧光物质的余辉效应，使眼睛感觉不到发光体闪烁时的最低频率（大约为48~50帧/秒）。 如果用视频信号去控制电子束，那么每条扫描线的亮度随被摄取景物亮度的变化而变化，就会看到与摄像机拍摄的景物场面一致的“视频画面”了。

（2）扫描的连续性 为了解决视频图像的闪烁问题，要保持运动物体一定程度上的连续性，1s内显示尽量多的画面。要提高画面的清晰度，每一帧画面的扫描线越多越好。

（3）隔行扫描技术 ①采用隔行扫描技术的理由 为了降低视频信号的带宽，并尽量保持图像的分辨率。 ②实施办法。把一帧画面分成两场来扫描，第1场为奇数场，扫描第1, 3, 5, 7, …行；第2场为偶数行，扫描第2, 4, 6, 8, …行。相当于将一幅画面的扫描行数减少了一半，两场扫描合起来构成一幅完整的图像。 ③视频信号的构成。我国现行电视标准中规定，电视扫描的场频为50 Hz，帧频为25 Hz。

③ 隔行扫描方式的原理 一帧图像的构成：

摄像机电路 黑白CCD摄像机电路 以DL32面阵CCD摄像机为例。该器件主要由光敏区、存储区、水平移位寄存器和输出电路等四部分构成。 此外，摄像机还有同步信号产生电路、视频信号处理电路及电源等外围电路。

DL32面阵CCD摄像机的管脚图。

彩色CCD摄像机的结构 彩色CCD摄像机有单片式、二片式及三片式之分，后两种主要用于广播级的摄像机。而在视频监控系统中，所用到的彩色摄像机绝大多数都是单片式CCD摄像机，单片式彩色CCD摄像机的分辨率不如其他种类，但价格低廉。

单片式彩色CCD摄像机由摄像镜头、带镶嵌式滤色器的CCD传感器、将传感器读出的图像信号分离成三种基色信号的彩色分离电路、三种基色信号的处理电路以及彩色编码器等电路组成。 彩色分离电路输出的绿色信号的带宽为3.58 MHz，红、蓝色信号的带宽则为0.9 MHz。对绿色信号，以0.8 MHz为界分成低频分量及高频分量，其高频分量保证彩色摄像机的高分辨率，而低频分量则与红、蓝色信号一起作为普通彩色摄像机的图像信号处理。

彩色CMOS摄像机 1．CMOS图像传感器架构 CMOS图像传感器为CMOS摄像机的核心部件，其余部分的原理与CCD摄像机一样。但由于CMOS图像传感器通常还将其周边电路集成于一体，并与后续的DSP处理芯片配合使用，因而CMOS摄像机的体积更小，功耗更低，而分辨率、低照度和信噪比等主要指标也已接近一般CCD摄像机的水平。

2．CMOS摄像机的特点 OV公司的OV7500芯片为直接输出模拟彩色全电视信号的单片摄像机芯片（Camera-on-Chip），带有可输出高质量隔行扫描电视信号的全电视信号编/译码器，适用于闭路形式的视频监控系统中。使用时，只需将5 V电源/时钟源加在芯片上，便可直接输出标准的NTSC制和PAL制信号。

数字信号处理摄像机 1．数字信号处理（DSP）摄像机的特点 DSP摄像机的内部电路采用大规模数字信号处理集成电路（DSP/ LSI），由微处理器对系统的状态进行检测与控制，其稳定性、可靠性、一致性等都大大提高，许多在模拟信号处理器中无法进行的工作都可以在数字处理器中进行。另外，DSP摄像机还可以方便地输出亮度信号与色度信号分离的视频信号（简称Y/C信号或S-Vedeo信号）。

2．DSP摄像机的原理 DSP摄像机在亮度/色度处理、编码同步发生器及CCD驱动等关键电路上采用数字信号处理技术（即DSP），并由微处理器执行控制中心控制，核心的控制电压、补偿信号等由数字部分检测决定，调节变得更加精确。

3．DSP摄像机采用的新技术 DSP摄像机采用的新技术有数字自动跟踪白平衡技术、数字降噪技术、电子灵敏度增强技术、屏幕菜单显示技术、2H增强技术、超动态技术、数字动态展宽技术、运动图像检测技术、宽动态范围技术，以及智能数字背光补偿技术等。

摄像机的安装与调试 从理论上讲，摄像机只需装好镜头、视频电缆等设备，通电即能使用。但在实际使用中，若不能按正确的操作步骤安装并调整摄像机/镜头的状态，就无法达到预期的效果。

安装摄像机 首先，根据应用现场的实际情况选配合适的镜头。 其次，应注意镜头与摄像机的接口是C型接口还是CS型接口。 注意：如果用C型镜头直接往CS型接口摄像机上旋入，极有可能损坏摄像机的CCD芯片。

① 如果是自动光圈镜头，应将镜头的控制线连接到摄像机的自动光圈接口上； ② 如果是电动两可变（或三可变）镜头，只需旋转镜头到位而不需校正其平衡状态，要在背焦距调整完毕后才需最后校正其平衡状态。 ③ 如果是自动光圈镜头，按使用说明对其控制线进行连接与电动镜头平衡状态进行调整。

电源与信号线的连接 安装完毕后要进行电源线及视频、音频信号线的连接。 首先正确选择摄像机的供电电源。 摄像机的供电电源一般为直流12 V、交流24 V或交流220 V。摄像机的电源插座一般是内嵌式针型插座，电源适配器的输出插头为套筒型。

视频信号通常通过摄像机后板上的BNC插头引出，用具有BNC插头的75同轴电缆，一端接摄像机的视频输出（Video Out）插座，另一端接到监视器输入端。 接通电源并打开监视器，便可看到摄像机摄取的图像并听到现场声音。

调整镜头光圈及对焦 （1）关闭摄像机的电子快门及逆光补偿等开关，将摄像机对准欲监视的场景，调整镜头的光圈与对焦环，使监视器上的图像最佳。 （2）如果是在光照度变化比较大的场合，最好配接自动光圈镜头并使摄像机的电子快门开关置于“OFF”。如果选用手动光圈，则应将摄像机的电子快门开关置于“ON”，并在现场最为明亮（环境光照度最大）时，将镜头光圈尽可能开大，并仍使图像最佳（不能使图像过于发白而过载）。

（3）镜头调整完毕后，装好防护罩并上好支架即可。由于光圈较大，景深范围相对较小，对焦时应尽可能照顾到整个监视现场的清晰度。 （4）当现场照度降低时，电子快门将自动调整为慢速，配合较大的光圈，仍可使图像满意。

调整背焦距 背焦距是指安装上标准镜头时，能使被摄景物的成像恰好在CCD图像传感器的靶面上。摄像机出厂时，对背焦距都做过调整，故在配接定焦距镜头的应用场合，大多不做摄像机背焦距的调整。 在有些应用场合，当镜头对焦环调整到极限位置时仍可能出现图像不清晰的现象。在明确镜头接口正确无误的情况下，需要对摄像机的背焦距进行调整。在大多数摄像机配接电动变焦镜头的应用场合，基本上都需要调整背焦距。

调整背焦距的具体方法： （1）镜头准确安装到摄像机上。 （2）镜头光圈尽可能开到最大。 （3）焦距调整（Zoom In）。将镜头推至望远（Tele）状态，拍摄10 m以外的一个物体特写，并通过调整聚焦（Focus）使特写图像清晰。 （4）与上一步相反的变焦距调整（Zoom out）。将镜头拉回至广角（Wide）状态，此时画面变为包含上述特写物体的全景图像，但不能再做聚焦调整（注意：如果此时的图像变模糊也不能调整聚焦），而是准备背焦调整。

（5）将摄像机前端用于固定背焦调节环的内六角螺钉旋松，并旋转背焦调节环。如果无背焦调节环，就直接旋转镜头，带动其内置的背焦环，直至画面最清晰为止，然后暂时旋紧内六角螺钉。 （6）再次将镜头推至望远状态，观察刚才拍摄的特写物体是否仍然清晰，如不清晰，再重复上述（3）、（4）、（5）步骤。 （7）通常只需一两个回合就可完成背焦调整。将内六角螺钉旋紧，把光圈调整到适当的位置即完成。

调整摄像机白平衡 1．调整白色平衡的重要性 不同的光源发出的光的色调是不同的。不同光的色调用色温来描述，单位是开尔文（K）。万里无云的蓝天的色温约为10 000 K，阴天约为7 000~9 000 K，晴天日光直射下的色温约为6 000 K，荧光灯的色温约为4 500 K，钨丝灯的色温约为2 600 K，日出或日落时的色温约为2 000 K，烛光下的色温约为1 000 K。

在各种不同的光线状况下，目标物的色彩会产生变化。为了尽可能减少外来光线对目标颜色造成的影响，以在不同的色温条件下都能还原出被摄目标本来的色彩，需要对摄像机进行色彩校正，以达成正确的色彩平衡，就称为白平衡调整。 摄像机都有白平衡感测器，一般位于镜头的下面。只要在拍摄白色物体时，摄像机能正确还原物体的白色，就可在同样的照明条件下正确还原物体的其他色彩。

2．自动白平衡（AWB）调整 自动白平衡调整功能是现在摄像机都有的功能。摄像机存储针对某些通用光源的最佳化设置方案，可以根据通过其镜头和白平衡感测器的光线情况，自动探测出被摄物体的色温值，以此判断摄像条件，并选择最接近物体颜色的色调设置，由色温校正电路加以校正，自动将白平衡调到合适的位置。这一功能被称为自动白平衡调节。 多数光线条件下的白平衡功能都可以设定为自动，然而，自动白平衡调节是有一定局限性的。一般的摄像机都能在大约2 500 ~7 000 K的色温条件下正常进行自动白平衡调节，当拍摄的光线超出所设定的范围时，自动白平衡功能就不能正常工作。

下列情况可能导致自动白平衡功能不能正常工作： ① 在较蓝的天空下的被摄物，其色温可以达到9 000 ~10 000 K，这时拍出的景物会带蓝色； ② 被两个或两个以上不同的并且色温反差较大的光源照射的被摄物； ③ 当被摄物体的光线色调与进入摄像机镜头的光线色调不一致时； ④ 摄像机和被摄物体一个在明亮处、一个在阴暗处时； ⑤ 使用照度过强的光源时，如水银蒸气灯、钠灯或某些种类的荧光灯；

⑥ 当光线照度过低时，如烛光； ⑦ 拍摄黑暗表面的目标物时； ⑧ 某些光源超出探测器的感应范围时，如雪地等极强的光线或阴天很暗的光线； ⑨ 当画面出现强烈的红光照明时，如日出日落时； ⑩ 在移动拍摄中将摄像机从明亮处移到光线相对暗处时的一段时间内，如从室外移到室内。

3．手动白平衡调整 操作过程： ① 把摄像机变焦镜头调到最广角（短焦位置）； ② 将白色镜头盖（或白纸）盖在镜头上，盖严； ③ 白平衡调到手动位置； ④ 把镜头对准晴朗的天空（注意：不要直接对着太阳），拉近镜头直到整个屏幕变成白色； ⑤ 按下白平衡调整按钮直到寻像器中手动白平衡标志停止闪烁（不同的机器，其表示方法有所不同），这时白平衡手动调整完成。

摄像机的日常维护 1．日常维护总体原则 要求全面使用防护罩，这样可大大降低摄像机受外界环境的影响与损伤。

2．监控摄像机常见故障现象与处置 （1）无图像输出故障。 处置方法如下： ① 检查电源是否接好，电源电压是否正常。 ② 检查BNC接头或视频电缆是否接触不良，出现接触不良情况及时更换。 ③ 检查镜头光圈是否打开。  ④ 检查视频、直流驱动的自动光圈镜头控制线是否接对。

（2）图像质量差。 处置方法如下： ① 清洁镜头上的灰尘，检查镜头是否有指纹或太脏。 ② 检查光圈是否调好。 ③ 检查各类视频线缆是否接触不良，出现接触不良情况时应及时更换。 ④ 检查电子快门或白平衡设置有无问题。 ⑤ 安装时考虑传输距离是否过远，必要时加装视频放大器，或采用光纤、RF传输模式加以解决。 ⑥ 检查电压是否正常。 ⑦ 检查系统附近是否存在干扰源，若有干扰源，设法消除；无法消除时应采取屏蔽或者采取RF传输模式的方法。 ⑧ 在电梯里安装时，要保证与电梯绝缘。  ⑨ 检查镜头接口是否接对。

采用直流12 V电源直接供电的视频监控系统，其电源线路损耗常会导致摄像机摄取的图像产生抖动、无彩色，甚至无法摄取图像。 改进措施： ①改为交流220 V供电。 ②更换粗电源线。 ③采用可调直流电源将供电电压提升到13~14 V，以保证摄像机端口处的工作电压达到12 V。