監控攝像機技術基礎

    近年來，新型低成本MOS圖像傳感器有了較快速的發展，基于MOS圖像傳感器的監控攝像機已開始被應用于對圖像質量要求不高的可視電話或會議電視系統中。監控攝像機是獲取監視現場圖像的前端設備，它以面陣CCD圖像傳感器為核心部件，外加同步信號產生電路、視頻信號處理電路及電源等。

    監控攝像機具有黑白和彩色之分，由于黑白監控攝像機具有高分辨率、低照度等優點，特別是它可以在紅外光照下成像，因此在電視監控系統中，黑白CCD監控攝像機仍具有較高的市場占有率。

    監控攝像機的使用很簡單，通常只要正確安裝鏡頭、連通信號電纜，接通電源即可工作。但在實際使用中，如果不能正確地安裝鏡頭并調整攝像機及鏡頭的狀態，則可能達不到預期使用效果。應注意鏡頭與監控攝像機的接口，是C型接口還是CS型接口(這一點要切記，否則用C型鏡頭直接往CS接口監控攝像機上旋入時極有可能損壞監控攝像機的CCD芯片)。

    安裝鏡頭時，首先去掉監控攝像機及鏡頭的保護蓋，然后將鏡頭輕輕旋入監控攝像機的鏡頭接口并使之到位。對于自動光圈鏡頭，還應將鏡頭的控制線連接到監控攝像機的自動光圈接口上，對于電動兩可變鏡頭或三可變鏡頭，只要旋轉鏡頭到位，則暫時不需校正其平衡狀態(只有在后焦聚調整完畢后才需要最后校正其平衡狀態)。

    調整鏡頭光圈與對焦，關閉監控攝像機上電子快門及逆光補償等開關，將監控攝像機對準欲監視的場景，調整鏡頭的光圈與對焦環，使監視器上的圖像最佳。如果是在光照度變化比較大的場合使用監控攝像機，最好配接自動光圈鏡頭并作監控攝像機的電子快門開關置于OFF。如果選用了手動光圈則應將監控攝像機的電子快門開關置于ON，并在應用現場最為明亮(環境光照度最大)時，將鏡頭光圈盡可能開大并仍使圖像為最佳(不能使圖像過于發白而過載)，鏡頭即調整完畢。裝好防護罩并上好支架即可

    在以上調整過程中，若不注意在光線明亮時將鏡頭的光圈盡可能開大，而是關得比較小，則監控攝像機的電子快門會自動調在低速上，因此仍可以在監視器上形成較好的圖像;但當光線變暗時，由于鏡頭的光圈比較小，而電子快門也已經處于最慢(1/50s)了，此時的監控攝像機的成像就可能是昏暗一片了。

    B) 手動白平衡

    開手動白平衡將關閉自動白平衡，此時改變圖像的紅色或蘭色狀況有多達107個等級供調節，如增加或減少紅色各一個等級、增加或減少蘭色各一個等級。除次之外，有的攝像機還有將白平衡固定在3200K(白熾燈水平)和5500K(日光水平)等檔次命令。

    (8)電子快門

    在CCD攝像機內，是用光學電控影像表面的電荷積累時間來操縱快門。電子快門控制攝像機CCD的累積時間，當電子快門關閉時，對NTSC攝像機，其CCD累積時間為1/60秒;對于PAL攝像機，則為1/50秒。當攝像機的電子快門打開時，對于NTSC攝像機，其電子快門以261步覆蓋從1/60秒到1/10000秒的范圍;對于PAL型攝像機，其電子快門則以311步覆蓋從1/50秒到1/10000秒的范圍。當電子快門速度增加時，在每個視頻場允許的時間內，聚焦在CCD上的光減少，結果將降低攝像機的靈敏度，然而，較高的快門速度對于觀察運動圖像會產生一個"停頓動作"效應，這將大大地增加攝像機的動態分辨率。

    (9)背景光補償

    通常，攝像機的AGC工作點是通過對整個視場的內容作平均來確定的，但如果視場中包含一個很亮的背景區域和一個很暗的前景目標，則此時確定的AGC工作點有可能對于前景目標是不夠合適的，背景光補償有可能改善前景目標顯示狀況。 當背景光補償為開啟時，攝像機僅對整個視場的一個子區域求平均來確定其AGC工作點，此時如果前景目標位于該子區域內時，則前景目標的可視性有望改善。

    (10)寬動態

    寬動態技術是在非常強烈的對比下讓攝像機看到影像的特色而運用的一種技術。

    解決方法就是用一顆CCD，但是上面的每一點在單一時間內曝光兩次，一次長曝光(低快門)，一次短曝光(高快門)，所以每一點都有兩個數據輸出，就叫”雙輸出CCD”，正因為每點有兩個數據輸出，總資料量就比一般CCD多了一倍，因此傳輸的速度得大上一倍才能把資料搬出來，所以又叫”雙速CCD(Double Speed CCD)。

    就這樣了! 雙輸出CCD 扔出一個長曝光及短曝光的訊號給DSP，DSP去運算再加總，所謂”寬動態攝像機”就出來了。

監控攝像機技術參數

    (1)色彩

    監控攝像機有黑白和彩色兩種，通常黑白監控攝像機的水平清晰度比彩色監控攝像機高，且黑白監控攝像機比彩色監控攝像機靈敏，更適用于光線不足的地方和夜間燈光較暗的場所。黑白監控攝像機的價格比彩色便宜。但彩色的圖像容易分辨衣物與場景的顏色，便于及時獲取、區分現場的實時信息。

    (2)清晰度

    分為水平清晰度和垂直清晰度兩種。垂直方向的清晰度受到電視制式的限制，有一個最高的限度，由于我國電視信號均為PAL制式，PAL制垂直清晰度為400行。所以攝像機的清晰度一般是用水平清晰度表示。水平清晰度表示人眼對電視圖像水平細節清晰度的量度，用電視線TVL表示。

    過去選用黑白監控攝像機的水平清晰度一般應要求大于500線，彩色監控攝像機的水平清晰度一般應要求大于400線。

    目前，高清監控攝像機已經達到1080P.

    (3)照度

    單位被照面積上接受到的光通量稱為照度。Lux(勒克斯)是標稱光亮度(流明)的光束均勻射在lm2面積上時的照度。監控攝像機的靈敏度以最低照度來表示，這是監控攝像機以特定的測試卡為攝取標，在鏡頭光圈為0.4時，調節光源照度，用示波器測其輸出端的視頻信號幅度為額定值的10%，此時測得的測試卡照度為該攝像機的最低照度。所以實際上被攝體的照度應該大約是最低照度的10倍以上才能獲得較清晰的圖像。

    目前一般選用黑白監控攝像機的最低照度，當相對孔徑為F/1.4時，最低照度要求選用小于0.1Lux;選用彩色監控攝像機的最低照度，當相對孔徑為F/1.4時，最低照度要求選用小于0.2Lux。

    (4)同步

    要求監控攝像機具有電源同步、外同步信號接口。對電源同步而言，使所有的攝像機由監控中心的交流同相電源供電，使監控攝像機場同步信號與市電的相位鎖定，以達到攝像機同步信號相位一致的同步方式。

    對外同步而言，要求配置一臺同步信號發生器來實現強迫同步，電視系統掃描用的行頻、場頻、幀頻信號，復合消隱信號與外設信號發生器提供的同步信號同步的工作方式。

    系統只有在同步的情況下，圖像進行時序切換時就不會出現滾動現象，錄、放像質量才能提高。

    (5) 電源

    監控攝像機電源一般有交流220V，交流24V，直流12V，可根據現場情況選擇攝像機電源但推薦采用安全低電壓。選用12V直流電壓供電時，往往達不到攝像機電源同步的要求，必須采用外同步方式，才能達到系統同步切換的目的。

    (6) 自動增益控制(AGC)

    所有攝像機都有一個將來自CCD的信號放大到可以使用水準的視頻放大器，其放大量即增益，等效于有較高的靈敏度，可使其在微光下靈敏，然而在亮光照的環境中放大器將過載，使視頻信號畸變。為此，需利用攝像機的自動增益控制(AGC)電路去探測視頻信號的電平，適時地開關AGC，從而使攝像機能夠在較大的光照范圍內工作，此即動態范圍，即在低照度時自動增加攝像機的靈敏度，從而提高圖像信號的強度來獲得清晰的圖像。

    (7)白平衡

    白平衡只用于彩色攝像機，其用途是實現攝像機圖像能精確反映景物狀況，有手動白平衡和自動白平衡兩種方式。

    A) 自動白平衡

    連續方式--此時白平衡設置將隨著景物色彩溫度的改變而連續地調整，范圍為2800~6000K。這種方式對于景物的色彩溫度在拍攝期間不斷改變的場合是最適宜的，使色彩表現自然，但對于景物中很少甚至沒有白色時，連續的白平衡不能產生最佳的彩色效果。 按鈕方式--先將攝像機對準諸如白墻、白紙等白色目標，然后將自動方式開關從手動撥到設置位置，保留在該位置幾秒鐘或者至圖像呈現白色為止，在白平衡被執行后，將自動方式開關撥回手動位置以鎖定該白平衡的設置，此時白平衡設置將保持在攝像機的存儲器中，直至再次執行被改變為止，其范圍為2300~10000K，在此期間，即使攝像機斷電也不會丟失該設置。以按鈕方式設置白平衡最為精確和可靠，適用于大部分應用場合。

監控攝像機格局看安防產業

    為了便于分析，我們把生產監控攝像機企業分成了4類：1、生產基本機型，包括板機、槍機、球機、半球的監控攝像機企業;2、主要生產由監控攝像機派生出的紅外機、網絡機的企業;3、主要生產為某一特定行業應用的專業監控攝像機的企業;4、主要為監控攝像機生產配套鏡頭、紅外燈、云臺、防護罩的企業。由于情況比較復雜，第一類企業中有不少也在生產第二、第三類產品，但是這兩類產品的比重較低。第四類企業也有生產攝像機、紅外機產品的，但比重都不大，而以鏡頭、紅外燈、云臺等關鍵配件為主。第一類企業共612家，第二類企業177家，第三類企業60家，第四類企業91家。下面我們將這四類企業的情況進行簡單的歸納。

    第一類是生產基本機型的監控攝像機企業，基本機型主要包括板機、一體機、槍機、球機、半球這幾個小類。

    板機是數碼產品的專有名詞之一，監控板機又稱組裝機、并裝機，主要是以并裝為主，一般是買來主板(裝有成像器件、圖像處理芯片及相關元器件等)和并裝零件再組裝成成品機. 板機主要是由成像器件或圖像處理芯片生產廠提供，國內也有一些生產廠制造板機，如深圳東日盈、鴻泰、視信科技等。

    一體化攝像機簡稱一體機，來源于家用攝錄一體機。對于一體化攝像機安防業內一直以來有幾種不同的理解，有指半球型一體機、快速球型一體機、結合云臺的一體化攝像機和鏡頭內建的一體機等。嚴格來說，快速球型攝像機、半球型攝像機與特指的一體機不是一個概念，現在通常所說的一體化攝像機應專指鏡頭內建、可自動聚焦的一體化攝像機。它將分立的攝像機機芯、電動變焦鏡頭、全方位云臺、防護罩和解碼器等5個獨立的部分有機地結合為一個整體，其電源、視頻、控制信號均有直接插口，以運行的平滑穩定及連續而著稱，有時也被稱為一體化監控定位系統。一體機主要配套電教投影機和智能球機使用。由于一體機在監控領域主要配套于高檔球機，技術指標比較先進，一些監控廠家也爭先恐后地把自己生產的紅外機、網絡機稱為紅外一體、網絡一體機，而這些攝像機中有的根本就沒有電動變焦鏡頭，這是一種炒作概念的夸大宣傳。國內也有一些廠家生產一體機，如宏天智、萬佳安、翔飛、銳達視、海康等。

    國內生產槍機、半球、球機的企業非常多，但是大多數是組裝廠。高速球屬于監控攝像機的高端產品，值得一提的是國內一些廠的高速球達到了較高水平，比如艾立克、明景、維多、天地偉業、亞安、嘉杰等。

    第二類是主要生產由監控攝像機派生出的紅外機、網絡機的企業。

    隨著監控產品應用領域的擴大，特別是平安城市建設的推動，日夜兩用攝像機成為市場的寵兒。日夜兩用攝像機可以進一步分為彩轉黑(黑白)超低照度攝像機、普通紅外攝像機、陣列式紅外攝像機、激光紅外攝像機、熱成像儀(被動紅外攝像機)幾類。由于日夜兩用攝像機由幾種紅外攝像機占據了絕大部分市場，大多數人已經將這兩個概念合二而一了。

    彩轉黑(黑白)超低照度攝像機雖然在日夜兩用攝像機中所占比例不大，但其技術含量很高，特別是其中應用了圖像增強技術的微光夜視攝像機。國內已有深圳紫光積陽、北京太和紫金、北京紫晶視訊、上海(交大)學子科技創業幾家企業能夠生產微光夜視攝像機。

    大多數攝像機生產廠都在做紅外攝像機。目前國內紅外攝像機的主流是主動紅外攝像機。普通LED紅外攝像機普遍存在的問題是圖像質量較低，日夜圖像質量不能兼顧、紅外燈壽命短等。國內一些企業采用了一些技術措施之后，技術水平與質量均有很大提高。深圳三辰科技、捷高、北京景通志達、南京振谷光電的產品都很不錯。

    九十年代末期開始出現發光效率達到25%的LED Array陣列集成技術，可大大提高紅外燈的水平，這種新型的紅外燈具有亮度高、體積小、壽命長的特點，半功率照射角度為10度-120度可調，因此配套的攝像機可以在夜間獲得較好的圖像，其不足之處一是價格較高，二是由于對整體紅外攝像機技術要求較高，部件之間配合要好，否則質量不易保證。常州明景、深圳通寶萊、天津亞安、北京港灣網絡的陣列式紅外攝像機質量較好。

    紅外激光在監控攝像機夜間照明領域中應用的最大優勢在于激光具有很高的發光效率、發光強度和方向性，半導體激光的電光轉換效率最高可達80%，大大的降低了能耗，增加了照明距離。紅外激光器由于采用金屬封裝和專用電源，可以通過先進的半導體溫控技術使得產品始終在設定的合理溫度下工作，壽命能夠較好地得到保證。紅外激光照明設備與配有長焦距鏡頭的攝像機組合，可以較好地實現夜間遠距離監控。由于工藝比較復雜、產量比較低，目前紅外激光照明器的價格還是比較高。國內已有多家企業在生產激光紅外攝像機，如明景、深圳紫光積陽、北京紫晶視訊、西安歐益光電等。

    被動紅外攝像機(紅外熱成像儀)是夜間監控的另一選擇。其優勢是受氣候環境影響小、探測距離較遠、易于發現目標、隱蔽性能好，缺點是價格高、成像的清晰度較差。由于技術的進步和市場的擴大，產品價格下降較快。國內能夠生產紅外熱成像儀的企業較多，如浙江大立、昆明北方紅外、武漢高德紅外、航天海鷹、廣州颯特電力紅外技術、重慶偉聯、山東神戎電子、深圳傲潤特、亞安、明景、杭州龍盾科技等，不過只有前面4、5家掌握了其中的關鍵技術。

    國內能夠生產各種網絡攝像機的企業很多，大多數是買來攝像機之后加上壓縮板卡和自己的標牌，這類企業不少是原來生產板卡、DVR、視頻服務器、視頻傳輸設備的廠家。由于企業眾多，就不一一舉例了。