模拟视频监控系统
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智能高清视频监控原理精解与最佳实践
课件制作人：西刹子
智能高清视频监控原理精解与最佳实践
课件制作人：西刹子
第二章 模拟视频监控系统
模拟视频监控系统具有技术成熟、性能稳定、操控性好等 优点，至今已经存在并发展了30多年。随着计算机技术、 多媒体技术、网络技术、存储技术与视频监控技术的不断 融合，视频监控系统的组成、架构发生了根本变化，模拟 系统正在慢慢退出历史舞台。模拟视频监控系统虽然风光 不再，但是其在安防监控的历史上写下了厚重的一笔。
图 2.4 不同天气情况下照度的参考值
智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子
摄像机的宽动态技术
宽动态范围，即WDR(Wide Dynamic Rang)当在强光源照射下的高亮度 区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在一幅图像中同时存在时， 摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域 因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。 摄像机在同一场景中对最亮区域及较暗区域的表现是存在局限的，这 种局限就是通常所讲的“动态范围”。一般的“动态范围”是指摄像 机对拍摄场景中景物光照反射的适应能力，具体指亮度（反差）及色 温（反差）的变化范围。 宽动态摄像机的动态范围比传统只具有3:1动 态范围的摄像机超出了几十倍。
智能高清视西刹子
（3）镜头焦距计算方法（续）
图 2.11 镜头的焦距计算方法
智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子
（3）镜头焦距计算方法（续）
镜头的焦距计算方法如图2.11所示。
举例说明：当使用1/2寸镜头时，CCD靶面成像高度h=4.8mm，宽 度w=6.4mm。假设镜头至景物（停车场）距离D=36000mm，景物 （停车场）实际高度H=6000mm。 则由计算公式：f=h· D/H=4.8×36000/6000＝28mm。而如果需要 清晰成像停车场的人，那么，景物（人）实际高度H=1600mm，则 由计算公式：f=h· D/H=4.8×36000/1600＝108mm。当然，上述焦 距计算均为理论值，而根据工程经验，该数值约为理论值的一半， 也就是说，焦距需求分别是14mm及50mm即可实现对整个停车场 或目标“人”的监视应用。
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2.1.5 一体球型摄像机
一体球型摄像机是集变焦镜头、摄像机、PTZ云台、解码 器、防护罩等多器件于一体的摄像系统，是集光、机、电 多技术于一体的高科技产品。一体球型摄像机已经广泛应 用于大范围监视的场所，如大厅、小区、平安城市等。
智能高清视频监控原理精解与最佳实践
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2.1 视频采集部分
视频采集设备包括摄像机、镜头、云台、解码器、支架、防护罩、视频 分配器等。可以根据不同的需要选择不同的设备，如室内环境可能只需 选择摄像机、镜头，而室外摄像机可能需要配置防护罩、支架及辅助灯 光等，如果需要进行大范围监视则需要给摄像机配置云台及变焦镜头。 视频采集设备的核心是摄像机及镜头，实现光信号到电信号的转变；防 护罩对摄像机及镜头实现保护功能；云台承载摄像机，实现摄像机上下 左右的运动；解码器接收控制矩阵发来的控制信号，转换成电信号实现 对云台的上下左右运动（Pan，Tilt）的控制及变焦镜头的拉近拉远 (Zoom In,Zoom Out)控制；加热器、雨刷等是辅助设备，可以给摄像机 提供合适的运行环境。
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摄像机的最低照度
照度是反映光照强度的一种单位，其物理意义是照射到单位面积上的 光通量，照度的单位是每平方米的流明（Lm）数，也叫做勒克斯 （Lux）：1Lux=1Lm/平方米。最低照度是测量摄像机感光度的一种 方法，也就是说，标称摄像机能在多黑的条件还可以看到可用的影像。
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2.2.1 视频分频器
摄像机采集的视频信号，或矩阵输出的视频信号，可能要送往监视 器、录像机、传输装置等终端设备，完成图像的显示与记录功能。 经常会遇到同一个视频信号需要同时送往几个不同设备的需求，在 终端设备为二个时，可以利用转接插头或者某些终端设备上配有的 环路来完成，但在个数较多时，因为并联视频信号衰减较大，送给 多个输出设备后由于阻抗不匹配等原因，图像会严重失真，线路也 不稳定。使用视频分配器，可以实现一路视频输入、多路视频输出 的功能，并且视频信号无扭曲或清晰度损失。通常视频分配器除提 供多路独立视频输出外，兼具视频信号放大功能，故也称为视频分 配放大器。
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2.2.3 控制信号传输
控制信号主要包括对云台全方位控制、对镜头的三可变控制、对辅 助设备的控制、切换控制、电源控制及录像控制等。控制信号传输 方式主要为双线控制信号传输及同轴视控。双线控制通讯距离可以 达到1200米，一般采用RVVP2×1.5线缆。同轴视控方式是利用同轴 线缆传输视频及控制信号，原理是将控制信号调制到视频信号不同 的频率上逆行传输。
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（2）镜头的主要参数
焦距 镜头尺寸 相对孔径 镜头接口类型
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（3）镜头焦距计算方法
镜头的焦距，视场大小及镜头到被摄取物体的距离的计算 公司如下； f=wD/W f=hD/H f：镜头焦距 w：图像的宽度（被摄物体在CCD靶面上成像宽度） W：被摄物体宽度 D：被摄物体至镜头的距离 h：图像高度（被摄物体在CCD靶面上成像高度） H：被摄物体的高度
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2.2.1 视频信号传输
监控系统中视频信号的传输非常重要，由于视频信号的信息量大， 频带宽，实时性强，因此视频监控系统中信号传输的重点就是视频 图像信号的传输。视频信号传输的介质主要是同轴电缆，如果距离 过远可以采用光纤传输，还有双绞线传输方式。
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2.2 信号传输设备
闭路电视监控系统中，通常按照功能分为前端部分、传 输部分和主控部分，传输部分是将监控系统的前端设备 与终端设备联系起来的物理通道。前端设备所产生的视 频信号、音频信号、各种报警信号通过传输系统传送到 控制中心，并反向将控制中心的控制指令传送到前端设 备。总体讲，信号传输包括视频信号的上行传输及控制 信号的下行传输，以及电源供应。信号的传输需要根据 传输信号不同而选择相应的电缆，一般需要视频同轴电 缆、带屏蔽层的多芯控制电缆、三芯电源线等，如果距 离过长，需要配置光纤及相应收发器。
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2.1 视频采集部分（2）
图 2.2 视频采集设备结构示意图
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2.1.1 摄像机相关技术
通常，摄像机是指含镜头的摄像机，如半球摄像机、快 球摄像机等都是摄像机和镜头构成的一体化设备。但是， 对于普通枪式摄像机，由于可能需要配置不同类型的镜 头，因此“摄像机”一般是指不包括镜头的裸摄像机， 那么在实际使用中需根据应用的具体需求，选择一个合 适的镜头与裸摄像机配套。
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2.1.2 镜头相关技术
镜头之于摄像机的成像器件，相当于眼睛的晶状体之于 视网膜。没有晶状体，人的眼睛看不到东西，而没有镜 头，摄像机的输出图像将会无法成像。摄像机的镜头是 视频监视系统的关键器件，它的质量（指标）优劣直接 影响摄像机的整机性能指标。
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（1）镜头的主要分类
广角镜头：视角在50度以上，一般用于电梯轿箱内、大厅等小 视距大视角场所 标准镜头：视角在30度左右，一般用于走廊、通道及小区周界 等场所 长焦镜头：视角在20度以内，焦距的范围从几十毫米到上百毫 米 变焦镜头：焦距范围可变，可从广角变到长焦，用于景深大、 视角范围广的区域 针孔镜头：用于隐蔽监控场合，如电梯轿厢内
CCD的工作原理是：被摄物体反射的光线传播到镜头， 经镜头聚焦到CCD芯片上，CCD根据光的强弱积聚相应 的电荷，各个像素积累的电荷在视频时序的控制下，逐 点外移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出。
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（2）主要分类
枪式摄像机 半球摄像机 云台摄像机 一体化球型摄像机
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2.1.3 防护罩
防护罩也是监控系统中最常用的设备之一，常见主要分为室内和室外 两种。室内防护罩主要功能是防尘、防破坏。室外防护罩密封性能一 定要好，保证雨水不能进入防护罩内部侵蚀摄像机。有的室外防护罩 还带有排风扇、加热器、雨刮器，可以更好地保护摄像机设备。当天 气较热时，排风扇自动工作；气温太冷时加热器自动工作；当防护罩 上有雨水污物时，可以通过控制系统启动雨刮器。
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2.1.4 云台及解码器
通常，电视监控系统中的“云台”是承载摄像设备及防 护罩并能够远程进行上下左右全方位控制的平台（Pan and Tilt）。云台的实质是两个电机组成的安装平台，可 以实现水平和垂直的运动，从而带给摄像机设备实现全 方位多角度的视野。解码器，国外称其为接收器/驱动器 （Receiver/Driver），是为带有云台、变焦镜头等可控 设备提供驱动并与控制设备如矩阵进行通讯的设备。
图 2.3
摄像机外观实物图
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（3）主要参数
CCD尺寸 清晰度 分辨率 最低照度 信噪比 白平衡 背光补偿 宽动态技术
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摄像机的清晰度与分辨率
清晰度是指人眼看到的宏观图像的清晰程度，是由系统和设备的客观性能 的综合因素造成的人们对最终图像的主观感觉。清晰度作为一种主观感觉， 是可以定量地进行测量的，它有标准的测量方法。评估摄像机清晰度的指 标是水平分辨率，其单位为电视线(TVLine)，其数值越大成像越清晰。图 像清晰度与CCD和镜头有关，与摄像机电路通道的频带宽度直接相关。 分辨率指在视频摄录、传输和显示过程中所使用的图像质量指标，或显示 设备自身具有的表现图像细致程度的固有屏幕结构，换句话说就是指单幅 图像信号的扫描格式或显示设备的像素规格。分辨率的单位是“像素点数 Pixels”，而不是“电视线TVLine”，分辨率代表着水平行和垂直列的像素 数目，用“水平像素×垂直像素”来表达，如1280×1024代表水平行有 1280个像素而垂直列上有1024个像素。
工作原理 分类 主要参数
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（1）工作原理
摄像机的主要部件是CCD， CCD是电耦合器件（Charge Couple Device）的简称，它能够将光线信号变为电荷信 号并可将电荷储存及转移，也可将储存之电荷取出使电 压发生变化，因此是理想的摄像元件。
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2.1 模拟监控系统构成
图 2.1 模拟视频监控系统结构示意图
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2.1 模拟监控系统构成
•前端视频采集设备（摄像机）将光信号转换成电信号后，通过信号传输 部分传送到矩阵输入端，矩阵的输出连接到监视器，利用矩阵的切换功 能实现前端摄像机到监视器之间的选择切换； •操作键盘与矩阵控制器连接，控制信号通过信号传输通道发送到前端摄 像机的解码器，进而实现对云台及镜头的控制（PTZ操作）； •多画面处理器的作用是在一个监视器中可以同时以“多画面分割形式” 显示多个画面，从而节省了监视器或录像机； •磁带录像机（VCR）可以对选择的视频信号进行录制； •报警接口单元实现其他系统如门禁、防盗系统的报警信号接入进而完成 报警集成联动功能。
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第二章 模拟视频监控系统
模拟视频监控系统具有技术成熟、性能稳定、操控性好等 优点，至今已经存在并发展了30多年。随着计算机技术、 多媒体技术、网络技术、存储技术与视频监控技术的不断 融合，视频监控系统的组成、架构发生了根本变化，模拟 系统正在慢慢退出历史舞台。模拟视频监控系统虽然风光 不再，但是其在安防监控的历史上写下了厚重的一笔。
图 2.4 不同天气情况下照度的参考值
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摄像机的宽动态技术
宽动态范围，即WDR(Wide Dynamic Rang)当在强光源照射下的高亮度 区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在一幅图像中同时存在时， 摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域 因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。 摄像机在同一场景中对最亮区域及较暗区域的表现是存在局限的，这 种局限就是通常所讲的“动态范围”。一般的“动态范围”是指摄像 机对拍摄场景中景物光照反射的适应能力，具体指亮度（反差）及色 温（反差）的变化范围。 宽动态摄像机的动态范围比传统只具有3:1动 态范围的摄像机超出了几十倍。
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（3）镜头焦距计算方法（续）
图 2.11 镜头的焦距计算方法
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（3）镜头焦距计算方法（续）
镜头的焦距计算方法如图2.11所示。
举例说明：当使用1/2寸镜头时，CCD靶面成像高度h=4.8mm，宽 度w=6.4mm。假设镜头至景物（停车场）距离D=36000mm，景物 （停车场）实际高度H=6000mm。 则由计算公式：f=h· D/H=4.8×36000/6000＝28mm。而如果需要 清晰成像停车场的人，那么，景物（人）实际高度H=1600mm，则 由计算公式：f=h· D/H=4.8×36000/1600＝108mm。当然，上述焦 距计算均为理论值，而根据工程经验，该数值约为理论值的一半， 也就是说，焦距需求分别是14mm及50mm即可实现对整个停车场 或目标“人”的监视应用。
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2.1.5 一体球型摄像机
一体球型摄像机是集变焦镜头、摄像机、PTZ云台、解码 器、防护罩等多器件于一体的摄像系统，是集光、机、电 多技术于一体的高科技产品。一体球型摄像机已经广泛应 用于大范围监视的场所，如大厅、小区、平安城市等。
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2.1 视频采集部分
视频采集设备包括摄像机、镜头、云台、解码器、支架、防护罩、视频 分配器等。可以根据不同的需要选择不同的设备，如室内环境可能只需 选择摄像机、镜头，而室外摄像机可能需要配置防护罩、支架及辅助灯 光等，如果需要进行大范围监视则需要给摄像机配置云台及变焦镜头。 视频采集设备的核心是摄像机及镜头，实现光信号到电信号的转变；防 护罩对摄像机及镜头实现保护功能；云台承载摄像机，实现摄像机上下 左右的运动；解码器接收控制矩阵发来的控制信号，转换成电信号实现 对云台的上下左右运动（Pan，Tilt）的控制及变焦镜头的拉近拉远 (Zoom In,Zoom Out)控制；加热器、雨刷等是辅助设备，可以给摄像机 提供合适的运行环境。
智能高清视频监控原理精解与最佳实践
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摄像机的最低照度
照度是反映光照强度的一种单位，其物理意义是照射到单位面积上的 光通量，照度的单位是每平方米的流明（Lm）数，也叫做勒克斯 （Lux）：1Lux=1Lm/平方米。最低照度是测量摄像机感光度的一种 方法，也就是说，标称摄像机能在多黑的条件还可以看到可用的影像。
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2.2.1 视频分频器
摄像机采集的视频信号，或矩阵输出的视频信号，可能要送往监视 器、录像机、传输装置等终端设备，完成图像的显示与记录功能。 经常会遇到同一个视频信号需要同时送往几个不同设备的需求，在 终端设备为二个时，可以利用转接插头或者某些终端设备上配有的 环路来完成，但在个数较多时，因为并联视频信号衰减较大，送给 多个输出设备后由于阻抗不匹配等原因，图像会严重失真，线路也 不稳定。使用视频分配器，可以实现一路视频输入、多路视频输出 的功能，并且视频信号无扭曲或清晰度损失。通常视频分配器除提 供多路独立视频输出外，兼具视频信号放大功能，故也称为视频分 配放大器。
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2.2.3 控制信号传输
控制信号主要包括对云台全方位控制、对镜头的三可变控制、对辅 助设备的控制、切换控制、电源控制及录像控制等。控制信号传输 方式主要为双线控制信号传输及同轴视控。双线控制通讯距离可以 达到1200米，一般采用RVVP2×1.5线缆。同轴视控方式是利用同轴 线缆传输视频及控制信号，原理是将控制信号调制到视频信号不同 的频率上逆行传输。
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（2）镜头的主要参数
焦距 镜头尺寸 相对孔径 镜头接口类型
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（3）镜头焦距计算方法
镜头的焦距，视场大小及镜头到被摄取物体的距离的计算 公司如下； f=wD/W f=hD/H f：镜头焦距 w：图像的宽度（被摄物体在CCD靶面上成像宽度） W：被摄物体宽度 D：被摄物体至镜头的距离 h：图像高度（被摄物体在CCD靶面上成像高度） H：被摄物体的高度
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2.2.1 视频信号传输
监控系统中视频信号的传输非常重要，由于视频信号的信息量大， 频带宽，实时性强，因此视频监控系统中信号传输的重点就是视频 图像信号的传输。视频信号传输的介质主要是同轴电缆，如果距离 过远可以采用光纤传输，还有双绞线传输方式。
课件制作人：西刹子
2.2 信号传输设备
闭路电视监控系统中，通常按照功能分为前端部分、传 输部分和主控部分，传输部分是将监控系统的前端设备 与终端设备联系起来的物理通道。前端设备所产生的视 频信号、音频信号、各种报警信号通过传输系统传送到 控制中心，并反向将控制中心的控制指令传送到前端设 备。总体讲，信号传输包括视频信号的上行传输及控制 信号的下行传输，以及电源供应。信号的传输需要根据 传输信号不同而选择相应的电缆，一般需要视频同轴电 缆、带屏蔽层的多芯控制电缆、三芯电源线等，如果距 离过长，需要配置光纤及相应收发器。
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2.1 视频采集部分（2）
图 2.2 视频采集设备结构示意图
智能高清视频监控原理精解与最佳实践
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2.1.1 摄像机相关技术
通常，摄像机是指含镜头的摄像机，如半球摄像机、快 球摄像机等都是摄像机和镜头构成的一体化设备。但是， 对于普通枪式摄像机，由于可能需要配置不同类型的镜 头，因此“摄像机”一般是指不包括镜头的裸摄像机， 那么在实际使用中需根据应用的具体需求，选择一个合 适的镜头与裸摄像机配套。
智能高清视频监控原理精解与最佳实践
课件制作人：西刹子
2.1.2 镜头相关技术
镜头之于摄像机的成像器件，相当于眼睛的晶状体之于 视网膜。没有晶状体，人的眼睛看不到东西，而没有镜 头，摄像机的输出图像将会无法成像。摄像机的镜头是 视频监视系统的关键器件，它的质量（指标）优劣直接 影响摄像机的整机性能指标。
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（1）镜头的主要分类
广角镜头：视角在50度以上，一般用于电梯轿箱内、大厅等小 视距大视角场所 标准镜头：视角在30度左右，一般用于走廊、通道及小区周界 等场所 长焦镜头：视角在20度以内，焦距的范围从几十毫米到上百毫 米 变焦镜头：焦距范围可变，可从广角变到长焦，用于景深大、 视角范围广的区域 针孔镜头：用于隐蔽监控场合，如电梯轿厢内
CCD的工作原理是：被摄物体反射的光线传播到镜头， 经镜头聚焦到CCD芯片上，CCD根据光的强弱积聚相应 的电荷，各个像素积累的电荷在视频时序的控制下，逐 点外移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出。
智能高清视频监控原理精解与最佳实践
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（2）主要分类
枪式摄像机 半球摄像机 云台摄像机 一体化球型摄像机
智能高清视频监控原理精解与最佳实践
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2.1.3 防护罩
防护罩也是监控系统中最常用的设备之一，常见主要分为室内和室外 两种。室内防护罩主要功能是防尘、防破坏。室外防护罩密封性能一 定要好，保证雨水不能进入防护罩内部侵蚀摄像机。有的室外防护罩 还带有排风扇、加热器、雨刮器，可以更好地保护摄像机设备。当天 气较热时，排风扇自动工作；气温太冷时加热器自动工作；当防护罩 上有雨水污物时，可以通过控制系统启动雨刮器。
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2.1.4 云台及解码器
通常，电视监控系统中的“云台”是承载摄像设备及防 护罩并能够远程进行上下左右全方位控制的平台（Pan and Tilt）。云台的实质是两个电机组成的安装平台，可 以实现水平和垂直的运动，从而带给摄像机设备实现全 方位多角度的视野。解码器，国外称其为接收器/驱动器 （Receiver/Driver），是为带有云台、变焦镜头等可控 设备提供驱动并与控制设备如矩阵进行通讯的设备。
图 2.3
摄像机外观实物图
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（3）主要参数
CCD尺寸 清晰度 分辨率 最低照度 信噪比 白平衡 背光补偿 宽动态技术
智能高清视频监控原理精解与最佳实践
课件制作人：西刹子
摄像机的清晰度与分辨率
清晰度是指人眼看到的宏观图像的清晰程度，是由系统和设备的客观性能 的综合因素造成的人们对最终图像的主观感觉。清晰度作为一种主观感觉， 是可以定量地进行测量的，它有标准的测量方法。评估摄像机清晰度的指 标是水平分辨率，其单位为电视线(TVLine)，其数值越大成像越清晰。图 像清晰度与CCD和镜头有关，与摄像机电路通道的频带宽度直接相关。 分辨率指在视频摄录、传输和显示过程中所使用的图像质量指标，或显示 设备自身具有的表现图像细致程度的固有屏幕结构，换句话说就是指单幅 图像信号的扫描格式或显示设备的像素规格。分辨率的单位是“像素点数 Pixels”，而不是“电视线TVLine”，分辨率代表着水平行和垂直列的像素 数目，用“水平像素×垂直像素”来表达，如1280×1024代表水平行有 1280个像素而垂直列上有1024个像素。
工作原理 分类 主要参数
智能高清视频监控原理精解与最佳实践
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（1）工作原理
摄像机的主要部件是CCD， CCD是电耦合器件（Charge Couple Device）的简称，它能够将光线信号变为电荷信 号并可将电荷储存及转移，也可将储存之电荷取出使电 压发生变化，因此是理想的摄像元件。
智能高清视频监控原理精解与最佳实践
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2.1 模拟监控系统构成
图 2.1 模拟视频监控系统结构示意图
智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子
2.1 模拟监控系统构成
•前端视频采集设备（摄像机）将光信号转换成电信号后，通过信号传输 部分传送到矩阵输入端，矩阵的输出连接到监视器，利用矩阵的切换功 能实现前端摄像机到监视器之间的选择切换； •操作键盘与矩阵控制器连接，控制信号通过信号传输通道发送到前端摄 像机的解码器，进而实现对云台及镜头的控制（PTZ操作）； •多画面处理器的作用是在一个监视器中可以同时以“多画面分割形式” 显示多个画面，从而节省了监视器或录像机； •磁带录像机（VCR）可以对选择的视频信号进行录制； •报警接口单元实现其他系统如门禁、防盗系统的报警信号接入进而完成 报警集成联动功能。