摄像机是监控系统的眼睛,它是拾取图像信号的设备。被监视场所通过摄像机将画面的光信号变为电信号(图像信号),再经过放大、整形等一系列信号处理,通过传输部分、控制部分之后到达录制设备、访问设备和显示设备。
摄像机具有黑白和彩色之分,由于黑白摄像机具有高分辨率、低照度等优点,特别是它可以在红外光照下成像,因此在电视监控系统中,黑白CCD摄像机仍具有较高的市场占有率。但在家庭监控系统中,选择彩色摄像机的用户居多。
摄像机又分为枪式摄像机、红外摄像机、一体式摄像机、变倍摄像机、半球式摄像机、烟感式摄像机等等,而在家庭监控中所用到的只有其中几种,大家应该有初步的了解。
选择摄像机需要关心的几个技术参数:
CCD:CCD是ChargeCoupledDevice(电荷耦合器件)的缩写,它是一种半导体成像器件,我们常用的摄像机CCD以1/3in、1/4in的芯片居多,1/3in的芯片摄像效果好于1/4in;
分辨率:摄像机分辨率的指标是水平分辨率,其单位为线对,即成像后可以分辨的黑白线对的数目。常用的黑白摄像机的分辨率一般为380-600,彩色为380-480,其数值越大成像越清晰。一般的监视场合,用400线左右的黑白摄像机就可以满足要求。
照度(灵敏度):在镜头光圈大小一定的情况下,获取规定信号电平所需要的最低靶面照度。例如:使用F1.2的镜头,当被摄物体表面照度为0.04Lux时,摄像机输出信号的幅值为350mV,即最大幅值的50%,则称此摄像机的灵敏度为0.04Lux/F1.2。如果被摄物体表面照度再低,监视器屏幕上将是一幅很难分辨层次的灰暗图像。根据经验一般所选摄像机的灵敏度为被摄物体表面照度的1/10时较为合适。
参考环境照度:
夏日阳光下100000Lux阴天室外10000Lux
电视台演播室1000Lux距60W台灯60cm桌面300Lux
室内日光灯100Lux黄昏室内10Lux
20cm处烛光10-15Lux夜间路灯0.1Lux
快门:电子快门的时间在1/50-1/100000秒之间,摄像机的电子快门一般设置为自动电子快门方式,可根据环境的亮暗自动调节快门时间,得到清晰的图像。
同步:用摄像机内同步信号发生电路产生的同步信号来完成操作。外同步:使用一个外同步信号发生器,将同步信号送入摄像机的外同步输入端。
电源电压:目前摄像机的输入电压常见的有以下几种:DC12V,AC24V,AC110V,AC220V,在同型号线材的情况下电压越高抗干扰能力越强,传输距离越远。
信噪比::即信号电压与噪声电压的比值。CCD摄像机信噪比的典型值在45~55dB之间。一般的电视监控系统中要选50dB左右的,这样不仅能满足行业标准中规定系统信噪比不小于38dB的要求,更重要的是当环境照度不足时,信噪比越高的摄像机图像就越清晰
摄像机的选择:
根据安装方式选择:
如固定安装,摄象机多选用普通枪式摄象机或半球型摄象机。
根据安装地点选择:
普通摄象机,即可壁装又可吊顶安装,因此室内室外不受限制,比较灵活。半球型摄象机,只能吸顶安装,所以多用于室内且安装高度有一定限制,但和枪式摄象机相比,不需要另配镜头、防护罩、支架,安装方便,美观隐蔽,并且价格经济。
根据环境光线选择:
如果光线条件不理想,应尽量选用照度较低的摄象机,如彩色照低照度摄象机、彩色黑白自动转换两用型摄象机、低照度黑白摄象机等,以达到较好的采集效果。需要说明的是,如果光线照度不高,而用户对监视图象清晰度要求较高时,宜选用黑白摄象机。如果没有任何光线,就必须增加红外灯提供照明或选用具有红外夜视功能的摄象机。
根据对图象画质的分辨率要求选择:
如果对图象画质的分辨率要求较高,应选用电视线指标较高的摄象机。一般来说,对于彩色摄象机,420电视线、450电视线都为中解析摄象机,470电视线以上都为高解析摄象机。清晰度越高,价格也就相对越高。
枪式摄像机:
枪式摄像机是我们最常见也是应用最广泛的摄像机之一,银行、商场、体育馆、医院等公共场所随处可见,在家庭监控系统中,枪式摄像机是性价比较高的产品,一般情况下,同样的价格和技术参数,枪式摄像机的图像效果好于半球式和红外摄像机,如果没有特殊要求,枪式摄像机能够满足普通用户的监控需要。
需要注意的是:枪式摄像机由摄像机和镜头两大部分组成,在各商家列出的闭路电视监控器材清单中的摄像机通常都是不带镜头的(一体化摄像机除外),因此在实际应用中,应根据监控现场的实际环境及用户要求,为摄像机配合适的镜头,对家庭用户而言,选择固定镜头就可以了。
枪式摄像机的分类:
对枪式摄像机而言,之所以叫枪式,仅是针对外形,内在配置和质量有很大的差异,在中低端市场上可以看到很多外形完全一样的产品,但其质量和价格或许有天大的差别,大家主要注意几个基本的设备参数就可以了;
一般的枪式摄像机选择方法:
确定画面要求:普通场合使用,一般使用380线到420线的摄像机可以了。如果视频信号直接介入电视机,选择380线就可以了(电视机的分辨率只有380线,当然,高分辨率的电视就另论了),如果接入电脑或显示器,选择420线或更高的分辨率;分辨率越高,图像效果越好,价格也就越高。
确定CCD的大小:摄像机中,同样的分辨率,不同大小的CCD,最终的图像效果不同:CCD的体积越大,图像效果越好,价格也就越高。另外,不同厂家的CCD质量也不尽相同,对家庭用户而言,我们没有必要太多的关心品牌,满足我们的要求就可以,当然要注意产品的售后服务。
参考监控环境光线确定摄像机的照度:无论室内室外,每个摄像机所处的位置其环境光线都有所不同,如果环境光线能够正常工作(比如看书、做饭等),选择0.8-1Lux(照度)的就可以了,Lux的数值越低照度越好,如果环境比较暗,选用Lux数值比较小的摄像机,过于黑暗,就需要考虑可感红外摄像机,具体多少很难给出一个数值,大家可参考本站有关文章了解。
除此之外,摄像机的其他技术参数同样对监视效果有一定的作用,主要的就是以上的三个方面,最好能对摄像机的全部性能有个大概的了解,以便于合理的作出选择,我们常听有人说:“1/x、4X0线0.x的枪机”实际就是说出了一台枪式摄像机的基本参数。
半球式摄像机:
半球式摄像机是一种主要应用于室内厅堂、走廊、过道等吸顶安装的摄像机;
半球式摄像机安装简单,不需要支架,但要注意安装时的角度调整和高度限制;
这里所要介绍的是我们常见的安装于大厅、走廊、过道等地方的吸顶式摄像机,他由一个半球式的护罩和内置的单板式摄像机和红外灯(可选)组成。由于它的摄像机完全隐藏在一个半球式的外壳中,故此得名半球式摄像机。
半球式摄像机由于体积小巧,比较美观,但也有成像效果和照度不如枪式摄像机的缺点(相同参数的情况下)。
半球式摄像机的分类:
1)、按其大小分类:有5寸、7寸、9寸等大中小的区别;
2)、按其色彩成像方式分类:彩色、黑白、彩色转黑白;
3)、按其摄像照明情况分类:普通、红外;
4)、在工程中经常有用到内置云台和解码器的半球式摄像机,也可以统称为半球式摄像机;
注意事项
1)、注意安装环境的高度:过高的顶棚不能安装半球式;
2)、注意安装环境的照度:一般走廊、大厅、过道的环境光线都不是特别好,加上半球式摄像机本身镜头比较小,透光率低,合适的照度选择也是关键;
3)、注意镜头的选择:半球式摄像机在一般的情况下多用于走廊、过道等场所,必须注意摄像机取景范围的要求,过小的光圈不能看清远处,过大的光圈不能看见近处,加上半球式摄像机并不能和枪式摄像机一样随时更换镜头,您就必须对镜头的选择提前作出判断;
网络摄像机:
网络摄像机的应用,使得图像监控技术有了一个质的飞跃。首先,网络的综合布线代替了传统的视频模拟布线,实现了真正的三网(视频、音频、数据)合一,网络摄像机即插即用,工程实施简便,系统扩充方便;其次,跨区域远程监控成为可能,特别是利用互联网,图像监控已经没有距离限制,而且图像清晰,稳定可靠;再者,图像的存储、检索十分安全、方便、可异地存储,多机备份存储以及快速非线性查找等。
组成原理
网络摄像机一般由镜头、图像传感器、声音传感器、A/D转换器、图像、声音、控制器网络服务器、外部报警、控制接口等部分组成。
镜头
镜头作为网络摄像机的前端部件,有固定光圈、自动光圈、自动变焦、自动变倍等种类,与模拟摄像机相同。
图像传感器、声音传感器
图像传感器有CMOS和CCD两种模式。CMOS既互补性金属氧化物半导体,CMOS主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,通过CMOS上带负电和带正电的晶体管来实现基本的功能的。这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。CMOS针对CCD最主要的优势就是非常省电。不像由二级管组成的CCD和CMOS电路几乎没有静态电量消耗。这就使得CMOS的耗电量只有普通CCD的1/3左右,CMOS重要问题是在处理快速变换的影像时,由于电流变换过于频繁而过热。暗电流抑制的好就问题不大,如果抑制的不好就十分容易出现杂点。
CCD图像传感器由在单晶硅基片上呈二维排列的光电二级管及其传输电路构成。光电二极管把光转化成电荷,再经转化电路传送和输出。
通常,传送优良图像质量的设备都采用CCD图像传感器,而注重功耗和成本的产品则选择CMOS图像传感器。但新的技术正在克服每种器体固有的弱点,同时保留了适合于特定用途的某些特性。这一部分与模拟摄像机相同。声音传感器即拾声器或叫麦克风,与传统的话筒原理一样。
A/D转换器
A/D转换器的功能是将图像和声音等模拟信号转换成数字信号。
基于CMOS模式的图像传感器模块有直接数字信号输出的接口,无须A/D转换器;而基于CCD模式的图像传感器模块如有直接数字输出的接口,亦无须A/D转换器,但由于此模块主要针对模拟摄像机设计,只有模拟输出接口,故需要进行A/D转换。
图像、声音编码器
经A/D转换后的图像、声音数字信号,按一定的格式或标准进行编码压缩。编码压缩的目的是为了便于实现音/视信号与多媒体信号的数字化;便于在计算机系统、网络以及万维网上不失真地传输上述信号。
目前,图像编码压缩技术有两种:一种是硬件编码压缩,即将编码压缩算法固化在芯片上;另一种是基于DSP的软件编码压缩,即软件运行在DSP上进行图像的编码压缩。同样,声音的压缩亦可采用硬件编码压缩和软件压缩,其编码标准有MP3等格式。
控制器
控制器是网络摄像机的心脏,它肩负着网络摄像机的管理和控制工作。如果是硬件压缩编码,控制器是一个独立部件;如果是软件编码压缩,控制器是运行编码压缩软件的DSP,即二者合而为一
网络服务器
网络服务器提供网络摄像机的网络功能,它采用了RTP/RTCP、UDP、HTTP、TCP/IP等相关网络协议,允许用户从自己的PC机使用标准的浏览器根据网络摄像机的IP地址对网络摄像机进行访问,观看实时图像,及控制摄像机的镜头和云台。
外部报警、控制接口
网络摄像机为工程应用提供了实用的外部接口,如控制云台的485接口,用于报警信号输入输出的I/O口。如红外探头发现有目标出现,发报警信号给网络摄像机,网络摄像机自动调整镜头方向并实时录像;另一方面,当网络摄像机侦测到有移动目标出现时,亦可向外发出报警信号。
网络摄像机的基本原理是:图像信号经过镜头输入及声音信号经过麦克风输入后,由图像传感器的声音传感器转化为电信号,A/D转换器将模拟电信号转换为数字电信号,再经过编码器按一定的编码标准进行编码压缩,再控制器的控制下,由网络服务器按一定的网络协议送上局域网或INTERNET,控制器还可以接收报警信号及向外发送报警信号,且按要求发出控制信号。
图像的编码标准
目前,网络摄像机的图像压缩编码标准主要有MPEG4、H.263、H.264、M-JPEG等。