楼宇智能化前端系统分析

前端系统是指监控线缆前端连接的设备部分,主要指的是监控系统的现场设备。现场设备主要包括摄像机、镜头、护罩、支架、立杆、变压器、电源、拾音器、云台、解码器、光端机、防雷器、接地体、信号放大器、抗干扰器等。

摄像机和镜头是前端系统,也是闭路电视监控系统的核心和必选设备,其余设备为配套设备。一般的,固定摄像机需要配置镜头,有的半球摄像机可以自配镜头,在其余的情况下配有镜头;每个摄像机均需要配置护罩和支架,主要分为室内和室外两种类型;立杆是户外摄像机需要配置的,应根据现场情况决定是否配置 (一般需要定做,并采用路灯灯杆的工艺制作);变压器和电源是必须配置的,如果是220V AC工作的摄像机可以不配置变压器;拾音器在大多数情况下不配置,在有特别应用和需求的场合需要配置,用来监听现场的声音;云台和解码器为过渡性的产品,已逐渐被高速球形摄像机所取代。在投资有限的情况下,它们配置在需要摄像机转动的场所,有云台必定有解码器。光端机用于摄像机图像信号传输距离较长或者不便于采用视频线传输的环境,有1、2、4、8、16、32路等多种规格;防雷器和接地体用于雷电多发地区的室外公共场所,如小区、工厂、高速公路等;信号放大器用于没有采用光端机传输但视频衰减比较厉害的摄像机,用于放大视频信号,可以增加摄像机图像信号的传输距离;抗干扰器用于摄像机信号干扰严重的场所,如有强电、强磁场、变频电机干扰的场所。

本节主要讲解摄像机的分类和相关技术,其余设备在其他章节讲解。在大部分情况下,拾音器、云台、解码器、光端机、防雷器、接地体、信号放大器、抗干扰器属于可选设备,根据项目的实际情况选用。

1.摄像机的主要分类

摄像机(Camera)是闭路监控电视系统的核心设备,采用光电转换技术进行成像,其主要由镜头、芯片、机板、电源系统、外壳、辅助设备等组成。

市面上的摄像机种类繁多,没有统一的分类方法,本书对摄像机从多个角度进行分类,以方便读者对摄像机能够有一个深刻的了解。

1)按成像芯片划分

摄像机按照成像芯片划分,可分为CCD摄像机和DPS摄像机,如图3-2所示。

目前应用最广泛的就是CCD摄像机,DPS是个新兴的技术,目前应用比较少,本书所描述的摄像机多为CCD摄像机。

CCD是Charge Coupled Device的缩写,即电荷耦合组件,是指一系列摄像机组件,此组件可将光线转变成电荷,并可将电荷存储及转移,且能令储藏之电荷取出,使电压发生变化。它是一种半导体成像器件,因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动、抗磁场等优点,是代替摄像管传感器的新型器件。CCD摄影机所使用的CCD可分为2/3″、1/2″、1/3″、1/4″等尺寸类别。

图3-2　摄像机按成像芯片分类

2)按颜色划分

图3-3　摄像机按颜色划分

摄像机按颜色划分,可分为黑白摄像机和彩色摄像机两种。由于目前彩色摄像机的价格与黑白摄像机相差不多,故大多采用彩色摄像机,如图3-3所示。

3)按图像信号处理方式划分

摄像机按图像信号处理方式划分可分为普通单机型,镜头需要另配;机板型,摄像机部件和镜头全部在一块印制电路板上;针孔形,带针孔镜头的微型摄像机;球形,是将摄像机、镜头、防护罩或者云台和解码器组合在一起的球形或半球形摄像机前端系统,使用较方便。

4)按分辨率划分

摄像机按分辨率划分,可分为如下几种:

(1)影像像素在25万左右、彩色分辨率为330线、黑白分辨率为400线左右的低档型;

(2)影像像素在25万~38万、彩色分辨率为420线、黑白分辨率为500线上下的中档型;

(3)影像像素在38万以上、彩色分辨率大于或等于480线、黑白分辨率为600线以上的高分辨率型。

5)按灵敏度划分

摄像机按灵敏度划分,可分为如下几种:

(1)普通型:正常工作所需照度为1~3lx;

(2)月光型:正常工作所需照度为0.1lx左右;

(3)星光型:正常工作所需照度为0.01lx以下;

(4)红外照明型:原则上可以为零照度,采用红外光源成像。

6)按管径划分

摄像机按管径划分,可分为1in、2/3in、1/2in、1/3in、1/4in等几种。目前1/2in摄像机所占比例急剧下降,1/3in摄像机占据主导地位,1/4in摄像机将会被广泛应用。各种英寸靶面的高、宽尺寸如表3-1所示。

表3-1　CCD摄像机靶面的高、宽尺寸

2.镜头

1)镜头的概念

镜头是视频监控系统中必不可少的部件,它与CCD摄像机配合,可以将远距离目标成像在摄像机的CCD靶面上。镜头的质量 (指标)优劣直接影响着摄像机的整机指标。镜头的分类如表3-2所示。

表3-2　镜头的分类

2)镜头相关技术介绍

(1)摄像机的规格。摄像机中CCD的规格影响着观察视角,这和镜头的选用密切相关,在使用相同镜头的条件下,CCD越小,所获取的视角就越小。对镜头的规格参数提出的要求是其所成图像能将CCD全部覆盖。应使用和摄像机同一规格的镜头或比摄像机规格大的镜头。这也意味着1/3in规格的摄像机可以使用1/3~1in的整个范围的镜头,该摄像机配置1/3in×8mm的镜头同2/3in×8mm的镜头所获取的观察视角是一样的,只是由于使用后一种镜头时更多地利用了成型更精确的镜头中心光路,所以其可提供较好的图像质量和较高的分辨率。

(2)摄像机的焦距。焦距的大小决定着视场角的大小,焦距数值小,则视场角大,所观察的范围也大,但距离远的物体的分辨率不高;焦距数值大,则视场角小,观察范围小,只要焦距选择合适,即使距离很远的物体也可以被看得清清楚楚。由于焦距和视场角是一一对应的,一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角,所以在选择镜头焦距时,应该充分考虑是观测细节重要,还是一个大的观测范围重要。如需要看细节,就选择长焦距镜头;如果需要看近距离大场面,就选择小焦距的广角镜镜头。

(3)摄像机的光圈值。光圈值即光通量,用F表示,以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。每个镜头上都标有光圈值的最大值。例如,6mm/F 1.4代表最大孔径为4.29mm。光通量与F值的平方成反比,F值越小,光通量越大。镜头上光圈指数序列的标值为1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22等,其规律是前一个标值时曝光量正好是后一个标值对应曝光量的2倍。也就是说,镜头的通光孔径分别是1/1.4、1/2、1/2.8、1/4、 1/5.6、1/8、1/11、1/16、1/22,前一数值是后一数值的2倍,因此光圈指数越小,则通光孔径越大,成像靶面上的照度也就越大。