视频监控前端设备测试方法

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随着技术进步，视频监控系统的应用日渐普及和广泛，视频监控系统的最前端设备——图像采集设备，也随着应用的深入，从早期的闭路电视监控系统中最普通的楼宇广场这样的常规民用场所，向野外工业现场此类非常规工作环境扩展。针对这种变化，必然要求视频采集设备具有更强的技术能力，以应对采集现场恶劣的自然环境、微弱甚至无照明条件、更广更远的观察范围、野外24小时连续监视带来的明暗对比强烈等等这些新的需求因素。

一般的，视频监控系统前端图像采集设备由摄像机和镜头设备组成，摄像机和镜头也是任何图像采集系统最基本的构成，辅以防护设备、云台设备、辅助照明设备等，构成满足需求的完整的视频采集前端。不同功能的零部件器材由不同的专业厂商进行产品化供应，从下图“需求及产品矩阵”角度看，系统的实现，需要历经纵向的“需求确认”和横向的“产品筛选”两个阶段，纵向阶段使用不同的计算、评估及现场勘测方法使得需求具体化和明确化直至提出功能要求，横向阶段则通过一系列的实验室或现场测试手段筛选甄别同类不同质的各类产品以最优性价比实现系统功能：

图：系统需求及产品矩阵

一、前端图像采集需求确认

1、场景确认

场景确认也就是解决“我们想看到哪里”的问题。主要涉及镜头选配及摄像

机匹配。以最基本的完全手动三可变镜头为例，摄像机镜头一般结构如下图所示：

图：摄像机镜头基本结构

根据场景观察需求，选择不同焦距规格的镜头，如观察视野不固定，需要频繁远程调整视野，则需要选用远程可控的电动马达变倍镜头；手动光圈镜头一般用在照明环境比较固定的场所，如观察场景明暗对比变化很大，则需要选用DC 或VIDEO 驱动的自动光圈镜头。了解不同镜头的技术性能特点后，则可以根据需求从复杂的镜头产品中选择所需的镜头如手变焦自动光圈镜头、电动变焦自动光圈镜头等等…

场景确认通常通过公式计算法、辅助工具测量法两种方法进行，也就是确认焦距需求。

公式计算法公式计算法：：

不同CCD 感光板尺寸的摄像机，被观测物体的大小、距离与镜头焦距存在如下计算关系：

自然的，通过已知参数简单计算，便可以得出所需数值，比如已知被观测物体宽高和距离求焦距、已知物体宽高和镜头焦距求最大观测距离等等：

在视频监控应用中还存在镜头设备的特殊应用，比如对场景观察范围重点主要在远端，对近端观察不敏感，则可以通过增倍镜的方法将常规镜头扩展为长焦镜头使用（注：区别普通的长焦镜头，此种方式会损失镜头的近焦观察能力），如6-60mm 扩展为12-120mm 、7.5-120mm 扩展为15-240mm ：

CS-1.5x 增倍镜 CS-2x 增倍镜 C-1.5x 增倍镜 C-2x 增倍镜

同样，可以根据简单的数学计算，求出一定观察需求下对镜头视角的要求。

辅助工具测量法辅助工具测量法：：

上述简单数学计算可以通过计算机软件辅助工

具的方式，通过填写一定参数自动得出其他所有参

数，以便更方便的应用。同时，在视频监控应用中，还有一种称为“镜头选择计算尺”的工具，在任何场

合，都可以方便的通过刻度旋转，选配参数合适的镜头设备。

通过一定的数学计算，有时仍无法让人得到直观的现场成像效果感受，还有一种方法就是通过一种称为“CCTV VIEW FINDER – 现场取景器”的手持便携式设备，借助现场实地勘测的手段来确认更精确、更直观的现场成像需求，此设备可方便的模拟大部分摄像机成像器尺寸、镜头焦距/光圈参数等，得到实际观测的直观效果，此方法也被广泛的应用于影视导演现场拍摄时的镜头场景测量：

图：视频监控专用手持式现场取景器

2、成像成像确确认

成像确认也就是在上面问题的基础上解决“我们想看到什么”的问题。主要涉及摄像机性能选配及镜头匹配。在复杂的监视场景需求中，摄像机及镜头匹配后的性能要求主要关注以下几点：

照度确认照度确认：：

监视现场的照明度主要用Lux 来衡量，通过标准光照度计可测量，在摄像机和镜头组合后的光照度要求，涉及摄像机的标称参数和不同镜头的F 值后的折算关系，即某摄像机的标称最低照度指标必然是存在某镜头F 值条件下才成立的，选配不同镜头后，需要根据镜头F 值的变化进行重新估算；一般的，镜头的F 值标称数值越小则说明通光量越大，F 值标称数值越大则说明通光量越小，比如标称为F=1:1.0的镜头则表示镜头入光与出光是没有衰减的，标称F=1:1.2的镜头则表示镜头入光为1.44Lux 时出光强度为1Lux-存在一定的衰减，标称F=1:0.95则表示此款镜头通过光学手段能将环境光线进行一定提升。

光圈F 值=镜头的焦距/镜头口径的直径，通过简单数学计算可得出不同F 值的Lux 对应关系，如：

基准值

1 Lux @ F1.0 相当于 1.44 Lux @ F1.2

相当于 1.96 Lux @ F1.4

相当于

2.56 Lux @ F1.6 相当于

3.24 Lux @ F1.8 相当于

3.61 Lux @ F1.9 相当于

4 Lux @ F2.0 相当于 4.41 Lux

@ F2.1 … 宽动态性能宽动态性能：：

在监视现场，视野如存在明暗对比剧烈的情况，则需要考察摄像机设备的宽动态性能，通常使用动态范围数值来衡量，此数值不是非常好量化，一般通过现场实际测试手段来判断设备性能。在电视系统中，动态范围指摄像机的实用照度范围，当被摄视场中同时存在强光区和阴影区时，所有明暗细节均可看清，数量上一般以允许的最大照度水平与最小照度水平的电压差或功率差来衡量。

辅助照明条件助照明条件：：

在野外24小时连续监视需求中，不同的辅助照明条件决定着不同的设备配置：普通的可见光灯具照明对成像设备没有太多额外要求，仅需注意光照角度对视频采集设备的角度是否恰当是否存在强逆光问题等；目前技术水平下常用的不可见光照明即红外照明条件下的视频监视，则要求视频监控设备具有额外的技术性能才能满足要求，如摄像机对不同波长的红外线的灵敏程度，镜头对因红外线波长与可见光不同而造成的成像焦点偏移矫正性能，以及电动镜头在连续变焦范围内对成像焦点偏移的矫正性能等等。

3、其他其他辅助器材确认辅助器材确认

基本需求确认后，可根据现场情况进行辅助器材选配：

辅助照明：在采用红外LED 辅助照明解决夜间0照度成像问题时，根据需要选择850nm 或940nm 红外光源，850nm 红外光源为有红爆光源，照射距离较远且对摄像机要求不高；940nm 红外光源为完全无红爆光源，适用于交通路口、轨旁等特殊场所，但需要较高功率才能实现远距离照射且对摄像机CCD 敏感度要求极高；

云台设备：如现场需要可摇动视野观测，根据观察范围及安装位置，选择常规室外云台、重载高精度室外云台等设备；高速球设备虽具有一体化紧凑型设计安装简便的优点，但也存在球型外罩清洁困难、1/4”CCD 感光靶面太小成像性能较低等缺陷，在野外无人值守工业环境监控中并不是非常推荐使用；