监控系统组成、设备简介、原理

有关完整的闭路监控系统组成、设备简介、原理2008-09-05 09:11:16| 分类：技术|字号订阅一、闭路监控系统组成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，其中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，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。

如图1-1所示，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。

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，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。

随着电子技术及网络技术的发展，基于数字的应用产品及方案相应而出。

以数字技术为基础的影像资料有其高保真、重复利用、快捷查询、存取简单等特点，越来越受到用户的关注；随着网络技术的进步，网络应用涉及到机关、学校、企业乃至居民小区等各个领域，网络化数字化的监控方案被普遍接受使用。

目前，数字视频压缩编码技术日益成熟和迅猛发展，基于网络的数字化监控有两种方案：一种是基于数字硬盘录像机+视频压缩卡的多媒体监控。

多媒体监控系统一般采用以下结构：在远端监控现场，有若干个摄像机、各种检测、报警探头与数据设备，通过各自的传输线路，汇接到多媒体监控终端上，多媒体监控终端可以是一台PC机，也可以是专用的工业机箱组成多媒体监控终端。

除了处理各种信息和完成本地所要求的各种功能外，系统利用视频压缩卡和网络接口卡，通过数字网络，将这些信息传到一个或多个监控中心。

但在许多实际应用中，用PC机无法适应现场的使用环境，无法实现无人值守，而且，系统的稳定性和可*性不够。

是传统模拟技术向数字化技术转化的过渡性技术。

另一种是基于嵌入式技术的远程网络视频监控（嵌入式IP-VIDEO技术）。

随着芯片技术的发展，出现了各种各样的网络视频编解码器（相当与一个数模转换设备），这些体积紧凑的硬件设备采用具有嵌入式系统的DSP芯片，对模拟音视频信号进行编码、压缩，并通过内置的网络接口可以接入各种形式的用户网络中，可以实现网络用户远程对监控前端进行实时监控。

其主要的原理是：网络视频服务及控制器内置一个嵌入式芯片，采用嵌入式实时操作系统。

摄像机传送来的视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩，通过网络线路进行视频信号的传送。

联入网络的用户可以通过微机直接观看摄像机图像，授权用户还可以控制摄像机云台镜头的动作或对系统配置进行操作，并可以根据需要对相关摄像机的内容进行录象。

该方案把视频压缩集成到一个体积很小的设备内，可以直接连入以太网，达到即插即看，省掉各种复杂的电缆，安装方便（仅需设置一个IP地址）。

是最新的数字化监控技术，符合目前技术发展的趋势，实现了两网合一（监控网、计算机局域网合一），但造价稍高。

二、监控主要设备技术参数摄影机（CAMERA）用光电原理，将景物摄取并配合监视器显像。

例如。

模拟嘴巴，相对于MICROPHONE，由喇叭输出；模拟眼睛，相对于CAMERA，由监视器输出。

依材质可分为下列几种:a. CMOS : 省电，便宜，照度不好b. CCD : 主流c. MOS : 过时d. VIDICOM : 光导管，过时CCD 与CMOS 比较ＣＣＤ（Charge Coupled Device ，感光耦合组件）为数字相机中可记录光线变化的半导体) ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补性氧化金属半导体）照度 5~0.00001Lux 5~3Lux分辨率 330~600 TV Lines 330~420 TV Lines对比较佳较差解像度较佳较差颜色像位可调整不可调整色彩浓度较浓(可调整) 较淡(不可调整)噪声比 40dB 46dB电子快门 1/60~1/100,000 sec 1/60~1/2,000 sec消耗功率 70~300mA 20~50mACCD摄像机的分类安全防范系统中，图像的生成当前主要是来自CCD摄像机,CCD是电荷耦合器件（charge coupled deice)的简称，它能够将光线变为电荷并将电荷存储及转移，也可将存储之电荷取出使电压发生变化，因此是理想的摄像机组件，以其构成的CCD摄像机具有体积小、重量轻、部受磁场影响、具有抗震东和撞击之特性而被广泛应用。