监控镜头(单一的视频扑捉设备)

藤原佐为 1 0

监控镜头指监控摄像机的镜头,由于监控摄像机只是一个单一的视频扑捉设备。镜头的像素和分辨率比电脑的视频头要高但是赶不上专业的数码相机或dv。在闭路监控体系中,摄像机又称摄像头或CCD(ChargeCoupledDevice)即电荷耦合器件。严格来说,摄像机是摄像头和镜头的总称,摄像头的首要传感部件是CCD,它具有迅速度高、畸变小、寿命长、抗震动、抗磁场、体积小、无残影等特点,CCD是电耦合器件(ChargeCoupleDevice)的简称,它可以或许将光泽变为电荷并可将电荷储存及转移,也可将储存之电荷取出使电压产生变革,因此是抱负的摄像元件。是取代摄像管传感器的新型器件。

监控镜头(单一的视频扑捉设备)

名词定义

名称:监控镜头;

别名:安防镜头,CCTV镜头,PeakFire镜头

英文名称:Surveillancecamera

工作原理

在闭路监控体系中,摄像机又称摄像头或CCD(ChargeCoupledDevice)即电荷耦合器件。严格来说,摄像机是摄像头和镜头的总称,而现实上,摄像头与镜头大部门是分隔购置的,用户按照方针物体的巨细和摄像头与物体的间隔,通过计较获得镜头的焦距,以是每个用户必要的镜头都是依据现实环境而定的,不要觉得摄像机(头)上已经有镜头。

摄像头的首要传感部件是CCD,它具有迅速度高、畸变小、寿命长、抗震动、抗磁场、体积小、无残影等特点,CCD是电耦合器件(ChargeCoupleDevice)的简称,它可以或许将光泽变为电荷并可将电荷储存及转移,也可将储存之电荷取出使电压产生变革,因此是抱负的摄像元件。是取代摄像管传感器的新型器件。

CCD的事变道理是:被摄物体反射光泽,撒播到镜头,经镜头聚焦到CCD芯片上,CCD按照光的强弱积累响应的电荷,经周期性放电,发生暗示一幅幅画面的电信号,颠末滤波、放大处理赏罚,通过摄像头的输出端子输出一个尺度的复合视频信号。这个尺度的视频信号同家用的录像机、VCD机、家用摄像机的视频输出是一样的,以是也可以录像或接到电视机上寓目。

基本内容

在实际应用中,经常听到有用户提出诸如某摄像机能够“看多远”之类的问题,比如100m、500m甚至1km远外的物体还能否在监视器上清晰地显示出来。有了前面关于镜头的成像尺寸、焦距及视场角等概念后,这个问题就不难解释了,即“看多远”问题与许多因素有关。比如说,用某定焦镜头可以看清100m远处的钞票的面值。一般来说,镜头焦距越长,“看”得就越远,但同时视场角却变小,结果观看的范围变窄了。

举个简单的例子,若用标准镜头刚好看清远处某人的基本特征(是男或是女),则换用长焦距镜头则可能看清其面部特征(是否有痣或疤),但却无法看见该人穿的是什么裤子和鞋(这部分已经“涨”出了画面),而换用广角镜头则只可能看到画面中有人(连男女都分辨不出),但却可看清该人在整个监视场景中的所处的位置,周围还有什么别的人物或参照物。因此,关于“看多远”的较为科学的说法应该是“在屏幕上成的像大小可对应于实际观测距离处多高或多宽的景物”。例如,用8mm镜头观测10m远处的景物,如果该处有10个人站成一排则刚好可横向充满整个监视器屏幕。

一般情况下,为了能够较为清楚的探测到监视范围内的目标并实现自动跟踪,一般要求在CCD靶面上的目标至少占有三行电视线。若要能分辨出人物,则一般应要求人物的面部成像在356mm(14in)监视器上占到12.7mm(0.5in)以上。

在实际应用中,经常会有用户提出该摄像机能看清楚多么远的物体或该摄像机能看清楚多宽的场景等问题,这实际上要由所选用的镜头的焦距来决定,另外还与所选择的摄像机的分辨率及监视器的分辨率有关。

光学系统的焦距是指光组主点到焦点的距离。而镜头的焦距实际上就是构成镜头的组合光组的焦距,它决定了摄取图象的大小,用不同焦距的镜头对同一位置的物体摄像时,配长焦距镜头的摄像机所摄取的景物尺寸就大,反之,配短焦距镜头的摄像机所摄取的景物尺寸就小。

理论上,任何一种镜头均可拍摄很远处的物体,并在摄像机的成像靶面上成一个很小的像,但受象素的限制,当成像小到小于图像传感器的一个象素大小时,便不再能形成被摄物体的像,即便成像有几个象素大小,该像也难以辨别为何物。

当已知被摄物体的大小及该物体到镜头的距离,则可根据下面的两式估算所选配镜头的焦距:

f=h*D/H

f=v*D/V

f——镜头的焦距

h、v——CCD感光靶面的水平尺寸和垂直尺寸

D——镜头中心到被摄物体的距离

H、V——被摄物体的水平尺寸和垂直尺寸

基本知识

2.2.1、接口

镜头的安装方式有C型安装和CS型安装两种。图2-4画出了这两种镜头的接口部位示意图。其中上半部为CS型镜头,下半部为C型镜头。在电视监控系统中常用的镜头是C型安装镜头(in32牙螺纹座),这是一种国际公认的标准。这种镜头安装部位的口径是25.4mm(in),从镜头安装基准面到焦点的距离是17.526mm。大多数摄像机的镜头接口则做成CS型,因此将C型镜头安装到CS接口的摄像机时需增配一个5mm厚的接圈,而将CS镜头安装到CS接口的摄像机时就不需接圈。

在实际应用中,如果误对CS型镜头加装接圈后安装到CS接口摄像机上,会因为镜头的成像面不能落到摄像机的CCD靶面上而不能得到清晰的图像,而如果对C型镜头不加接圈就直接接到CS接口摄像机上,则可能使镜头的后镜面碰到CCD的靶面的保护玻璃,造成CCD摄像机的损坏,这一点在实用中需特别注意。

2.2.2镜头的种类

镜头的种类有许多种,每一种镜头都有其特点。根据功能与结构的不同,这些镜头的价格相差非常大,如电动变焦镜头要比普通定焦镜头的价格高约10倍,因此,只有正确了解各种镜头的特性,才能更加灵活地选择镜头。

A、固定光圈定焦镜头

固定光圈定焦镜头是相对较为简单的一种镜头,该镜头上只有一个可手动调整的对焦调整环(环上标有若干距离参考值),左右旋转该环可使成在CCD靶面上的像最为清晰,此时在监视器屏幕上得到图像也最为清晰。

由于是固定光圈镜头,因此在镜头上没有光圈调整环,也就是说该镜头的光圈是不可调整的,因而进入镜头的光通量是不能通过简单地改变镜头因素而改变,而只能通过改变被摄现场的光照度来调整,如增减被摄现场的照明灯光等。这种镜头一般应用于光照度比较均匀的场合,如室内全天以灯光照明为主的场合,在其他场合则需与带有自动电子快门功能的CCD摄像机合用(当然,目前市面上绝大多数的CCD摄像机均带有自动电子快门功能),通过电子快门的调整来模拟光通量的改变。

B、手动光圈定焦镜头

手动光圈定焦镜头比固定光圈定焦镜头增加了光圈调整环,其光圈调整范围一般可从F1.2或F1.4到全关闭,能很方便地适应被摄现场的光照度,然而由于光圈的调整是通过手动人为地进行的,一旦摄像机安装完毕,位置固定下来,再频繁地调整光圈就不那么容易了,因此,这种镜头一般也是应用于光照度比较均匀的场合,而在其他场合则也需与带有自动电子快门功能的CCD摄像机合用,如早晚与中午、晴天与阴天等光照度变化比较大的场合,通过电子快门的调整来模拟光通量的改变。

C、自动光圈定焦镜头

自动光圈定焦镜头在结构上有了比较大的改变,它相当于在手动光圈定焦镜头的光圈调整环上增加一个由齿轮啮合传动的微型电动机,并从其驱动电路上引出3芯或4芯线传送给自动光圈镜头,至使镜头内的微型电动机相应做正向或反向转动,从而高速光圈的大小。自动光圈镜头又分为含放大器(视频驱动型)与不含放大器(直流驱动型)两种规格。

D、手动变焦镜头

顾名思义,手动变焦镜头的焦距是可变的,它有一个焦距调整环,可以在一定范围内调整镜头的焦距,其变比一般为2~3倍,焦距一般在3.6~8mm。在实际工程应用中,通过手动调节镜头的变焦环,可以方便地选择监视现场的视场角,如:可选择对整个房间的监视或是选择对房间内某个局部区域的监视。当对于监视现场的环境情况不十分了解时,采用这种镜头显然是非常重要的了。

对于大多数电视监控系统工程来说,当摄像机安装位置固定下来后,再频繁地手动变焦是很不方便的,因此,工程完工后,手动变焦镜头的焦距一般很少再去调整,而仅仅起到定焦镜头的作用。因而手动变焦镜头一般用在要求较为严格而用定焦镜头又不易满足要求的场合。但这种镜头却受到工程人员的青睐,因为在施工调试过程中使用这种镜头,通过在一定范围的焦距调节,一般总可以找到一个可使用户满意的观测范围(不用反复更换不同焦距的镜头),这一点在外地施工中尤为显得方便。

E、自动光圈电动变焦镜头

此种镜头与前述的自动光圈定焦镜头相比另外增加了两个微型电动机,其中一个电动机与镜头的变焦环啮合,当其受控而转动时可改变镜头的焦距(Zoom);另一个电动机与镜头的对焦环啮合,当其受控而转动时可完成镜头的对焦(Focus)。由于该镜头增加了两个可遥控调整的功能,因而此种镜头也称作电动两可变镜头。

自动光圈电动变焦镜头一般引出两组多芯线,其中一组为自动光圈控制线,其原理和接法与前述的自动光圈定焦镜头的控制线完全相同;另一组为控制镜头变焦及对焦的控制线,一般与云台镜头控制器及解码器相连。当操作远程控制室内云台镜头控制器及解码器的变焦或对焦按钮时,将会在此变焦或对焦的控制线上施加一个或正或负的直流电压,该电压加在相应的微型电动机上,使镜头完成变焦及对焦调整功能。

安装

测试步调

测试摄像机首要测试晰度和色彩还原性、照度、逆光赔偿,其次是测其球型失真、耗电量、最低事变电压,下面先把清楚度和色彩还原性以及照度、逆光赔偿的丈量步调先先容一下。

1.清楚度的丈量:多个摄像机举办测试时,应行使沟通镜头,(保举使作定焦、二可变镜头),以测试卡中心圆呈此刻监督器屏幕的阁下边为准,清楚精确的数出已给的刻度线共10组垂直线和10组程度线。别离代表着垂直清楚度和程度清楚度,并相应的一组已给出了线数。如垂直350线程度800线,此时最好用利害监督器。测试时可在远风景聚焦,也可边测边聚焦。最好能两者兼用,可看出此摄像机的差异(对远近会聚)。

2.彩色还原性的测试:测试此参数应选好的彩色监视器。起首远间隔调查人物、衣饰,看有无颜色失真,拿色彩光鲜的物体对比,看摄像机回响迅速度,拿彩色画册放在摄像机前,看画面勾勒得清楚水平,过淡或过浓,再次应对行为的彩色物体举办摄像,看有无彩色拖尾、延滞、恍惚等。测试前提云云摄像最低照度在50V时应在50+10V照度环境下测量,即每摄像机最低照度基本上加十伏,且光圈应保持最接近状态。

3.照度:将摄像机置于暗室,暗室前后为有源220V自炽灯,外设调压器,以调压器调节电压高低来调节暗室内灯的明暗,电压可以从0V调到250V。室内光照也可从最暗调至最明,测试时把摄像机光圈均开至最大时记录下一个最低照度值(把有源灯用调压器调暗至看不清暗室内置画面)再把光圈打至最小再记录下一个最低照度值,也可前后灯别离调压明灭。

4.逆光补偿:测试此参数有两种要领:一种是在暗室内,把摄像机前侧调压灯打开,调至最亮时,然后在灯的下方安排一图画或笔墨,把摄像机迎光摄像,看图像和笔墨可否看清,画面刺不刺目,并调节AL、AX拔档开关,看有无变化,哪种结果最好。另一种是在阳光充裕的环境下把摄像机向窗外照,此时看图像和笔墨可否看清晰。

5.球型失真:看球型失真把测试卡置于摄像机前端使整个球体呈现在屏幕上,看圆球形有无椭圆,把摄像机前移,看圆中心有无放大,再远离测试边、角、框有无弧形失真等。

6.耗电量:最低事变电压,使用万用表测量电流,使用小稳压器调节电压看

安装调试

镜头的安装方法:有C式和CS式两种,两者的螺纹均为1英寸32牙,直径为1英寸,不同是镜头距CCD靶面的间隔差异,C式安装座从基准面到核心的间隔为17.562毫米,比CS式间隔CCD靶面多一个专用接圈的长度,CS式距核心间隔为12.5毫米。别小瞧这一个接圈,假如没有它,镜头与摄像头就不能正常聚焦,图像变得模糊不清。在安装镜头前,先看一看摄像头和镜头是不是统一种接口方法,如果不是,就必要按照详细环境增减接圈。有的摄像头不需要接圈,而回收后像调理环(如松下的产品),调理时,用螺丝刀拧松调理环上的螺丝,动弹调理环,此时CCD靶面会相对安装基座向后(前)行为,也起到接圈的浸染。其它(如SONY,JVC)回收的方法相同后像调理环,它的牢靠螺丝一样平常在摄像头的侧面,拧松后,调理顶端的一个齿轮,也可以使图像清楚而不需要加减接圈。

AGC

ON/OFF(自动增益控制):摄像头内有一个用来自CCD的信号放大到可以行使水准的视频放大器,其放大量即增益,等效于有较高的灵敏度,然而在亮光照的情形下放大器将过载,使视频信号畸变。当开关在ON时,在低亮度前提下完全打开镜头光圈,自动增加增益以得到清楚的图像。开关在OFF时,在低亮度下可得到天然而低噪声的图像。

ATW

ON/OFF(自动白均衡):开关拨到ON时,通过镜头来检测光源的特征/色温,从而自动持续设定白电平,纵然特征/色温改变,也能控制赤色和蓝色信号的增益。

ALC/ELC(自动亮度控制/电子亮度控制):

当选择ELC时,电子快门按照射入的光泽亮度而持续自动改变CCD图像传感器的曝光时刻(一样平常从1/50到1/10000秒持续调节)。选择这种方法时,可以用牢靠或手动光圈镜头更换ALC自动光圈镜头。但必须要留意的是:在室外或豁亮的情形下,因为ELC控制范畴有限,依旧应该选择ALC式镜头;在某些特殊的照明前提下,也许呈现下列环境:

①在聚光灯或窗户等高亮度物体上有严重的拖尾或模糊的现象

②图像明显地闪烁和色彩重现性不变

③白均衡有周期性变化,假如产生这些现象,应行使ALC镜头。

以牢靠光圈镜头回收ELC方法时,图像的景深也许小于行使ALC式镜头所得到的景深。因此,摄像头在完全打开牢靠光圈镜头而回收ELC方法时,景深会比行使ALC式镜头时小,并且图像上远处的物体也许不在核心上。当镜头是自动光圈镜头时,必要将拨码开关拨到ALC方法。

BLC

ON/OFF(背光赔偿开关):当强盛而无用的配景照明影响到中部重要物体的清晰度时,应该把拨码开关拨到ON位置。

留意:

①当与云台配用或照明连续改变时,提议把该开关放在OFF位置,由于在ON位置时,镜头光圈速率变慢;

②假如所需物体不在图像中间时,背光赔偿也许不会充实验展浸染。

LL/INT(同步选择开关):

此开关用以选择摄像头同步方法,INT为内同步2:1隔行同步;LL为电源同步。有些摄像头尚有一个LLPHASE电源同步相位控制器,当摄像头行使于电源同步状态时,此装置可调节视频输出信号的相位,调节范畴或许是一帧。(调节必须要专业人员操作)

VIDEO/DC(镜头控制信号选择开关):

ALC自动光圈镜头的控制信号有两种,当必须要将直流控制信号的自动光圈镜头安装在摄像头上时,应该选择DC位置;当必须要安装视频控制信号的自动光圈镜头时,应该选择VIDEO位置。当选择ALC自动光圈视频驱动镜头时,还会有一个视频电平控制(VIDEOLEVELL/H)也许必须要调节,该控制器调节输出给自动光圈镜头的控制电平,用以控制镜头光圈的放大和缩小(即进光量)。在摄像头的配件中,有一个玄色的小插头,插头有四个针,连接摄像头上的玄色插座。假如用DC驱动的自动光圈镜头,镜头上已经作好了插头,只要插在插座上,把选择开关拨到DC即可;假如用视频驱动的自动光圈镜头,必须要用户按照说明书上的标注,用烙铁焊好。因为厂家界说差异,以是焊法也有区别,致意装时寄望。

SOFT/SHARP(细节电平选择开关):

该开关用以调节输出图像是清楚(SHARP)还是滑腻(SOFT),凡是出厂设定在SHARP位置。

FLICKERLESS(无闪动方法):

在电源频率为50Hz的地域,CCD积聚时刻为1/50秒,假如使用NTSC制式摄像机,其垂直同步频率为60Hz,这样将造成视觉影像差异,在监视器上呈现闪动;反之,在电源为60Hz的地域用PAL制式摄像机也会有此特征。为降低此特征,在电子快门配置了无闪动方法档,对NTSC制式摄像机提供1/100秒,对PAL制式摄像机提供1/120秒的固定快门速率,可以防备监视器上图像呈现闪烁。手动电子快门:有些用户使用CCD摄取运动速率较快的物体,假如用1/50秒速率拍摄,会发生拖尾现象,严重影响图像质量。有些摄像头给出了手动电子快门,使CCD的电荷耦合速率固定在某一值,譬如1/500、1/1000、1/2000秒等等,此时CCD的电荷耦合速率进步,这样收罗下来的图像相对来说会镌汰拖尾现象,并且对付观察高速运动或电火花一类物体,必需使用此配置。以是,某些专用摄像头给出了手动电子快门,提供给特殊用途的用户。手动电子快门的调解必须要参看随机说明书,在此就不再赘述了。

补充说明:有许多用户要求在晚间没有亮度的情形下监控,请留意:因为CCD摄像头同样是靠亮度反射来成像,假如没有光,它的图像只会是一片黑暗再加上许多雪花。怎样获得图像呢?一种要领是加可见光照明,如路灯、探照灯;一种是加红外灯(特别是要求不能安装可见光源的场所),对付彩色CCD摄像头,对红外光相应不足,有一些日夜两用彩色摄像头在夜间会自动转成黑白模式。以是,您的监控体系要求夜间使用,必须要使用黑白CCD摄像头。

监控摄像机镜头应用类型

因镜头的重要性,在进行安防监控工程设计规划前,只有先摸清镜头的类型及其应用方式,并了解其搭配应用的特性,才能发挥镜头最佳成像。以目前国内分类方式来说,镜头大致可以分为如下十种类型。

固定光圈镜头:定焦且固定光圈,主要用于环境光线固定的场所;

手动光圈镜头:定焦但光圈可调,主要用于环境光线固定但明暗不定的场所;

自动光圈镜头(DC-drive):固定焦距,使用DC电压驱动用于环境光线变化性的固定范围场所;

自动光圈镜头(Video-drive):固定焦距,使用视频信号驱动用于环境光线变化性的固定范围场所;

手动光圈变焦镜头:主要用于室内环境光线程度不定且范围大小不一的场所;

自动光圈变焦镜头:主要用于室外环境光线程度不定且范围大小不一的场所;

板机镜头(on-Board):以搭配红外线摄像机为主,室内外均适用;

鱼眼全景镜头:主要用于室内环境光线程度不定且范围大小特定的场所;

电动变焦镜头:可遥控焦距景深及光圈,主要用于室内外环境光线程度不定而且景深范围大小可依要求调整的场所;

针孔镜头(Pin-Hole):主要用于隐匿监控及环境光线不定且范围特定的场所。

由以上镜头分类可看出,各类镜头的区别主要在其用途及应用环境需求上。因此在实际应用上,如何完美地搭配镜头,对工程商来说也是一大考验。

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