视频监控系统设计
第3章 CCTV系统主要设备参数和如何合理有效的选取
3.1摄像机的功能和技术参数
在系统中，摄像机处于系统的最前端，它将被摄物体的光图像转变为电信号一视频信号，为系统提供信号源，因此它是系统中最重要的设备之一。
3.1.1摄像机分类
按CCD靶面大小(aXb)分有lin，2／3in，1／2in，l／3in，l／4in等，见表3—1。
按组合方式分有：分体式摄像机，即只有摄像机机身、镜头、防尘罩、云台等，根据需要自由配置。一体化普通摄像机，即摄像机、镜头、防尘罩设计为一体。还有快球型摄像机，即摄像机、镜头、防尘罩、快速云台设计成一体，外形为球形或半球形。
表3一l CCD摄像机靶面像场值
CCD管径 像场尺寸 1 in 2/3 in 1/2 in 1/3 in 1/4 in （25.4mm） (17mm) (13mm) (8.5mm) (6.5mm) 9.6 12.8 6.6 8.8 4.6 6.4 3.6 4.8 2.4 3.2 相场高a/mm 像场宽b/mm
因此在选择摄像机时，应首先确定选择何种类型，以便满足使用要求。在一般的电视监控系统中多选择1／3～1／2in，PAL制，380～480线AC220V或DCl2V的CCD摄像机。这样既符合中国国情又能满足一般摄像需求．
3.1.2摄像机的性能
1)黑白摄像机与彩色摄像机黑白摄像机与彩色摄像机的性能差别比较大，见表3—2。同档次的黑白摄像机很多性能都高于彩色摄像机。当选用彩色摄像机时，由于其灵敏度较低，必须具备较好的照明条件。如采用彩色摄像机，则后面的所有设备(矩阵、画面分割器、显示器等)都必须用彩色机，整个系统的价格会更高． 2)照度(或称灵敏度)。各种摄像器件的灵敏度不同，故各种摄像机的最低照度也不同。最低照度的意思是指摄像机在此照度(光线强度)时，用规定的定焦距镜头、光圈在FI．4St摄像，可以获得看得见轮廓的图像，图像信号的有效幅度不
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低于额定值(0．7V)的10％(即>O．07V)。通常由真空摄像器件(Vidicon)摄像的最低照度约为5．OLx，电荷耦合器件(CCD)摄像机的最低照度，黑白的为0．2Lx，彩色的为I．OLx．各种环境的大约照度参见表3—3．从此表中可以建立起照度的概念，这个物理量反映了光照的强度，单位为勒克斯(1x)．低照度都是在这种条件下的参数。AGC还可保证图像信号在一定范围内波动时，获得稳定的输出。
表3-2黑白和彩色摄像机对比
摄像机 参数 黑白 高 高 小 只有黑白 低 彩色 约低10倍以上 约低20% 大 有彩色、真实 高得多 灵敏度 分解力 尺寸、重量 图像观察感觉 价格
表3-3各种条件的相对照度（大约）
照度/1χ 2×10-5 8×10-4 3×10﹣1 2 5 10 50 100 明暗例 明暗的夜晚 星光 月圆 剧场内观众席 曙光 一般车库 宾馆走廊 宾馆大厅 照度/1χ 200 300 400 500 3×103 3×10 3×105 3×100 明暗例 教室 设计室、打字室 精细作业室 自选商场 阴天室外 晴天室外 阳光下水边 阳光下室外 为了获得满意的图像，所需的照度应比所选摄像机的最低照度大得多。例如，为获得额定信号幅度，就应增大10倍。如果所选镜头光圈达不到F1．4，最大光圈只能是F4，则FI．4和F4的进光量相差三挡光圈(F2．8、F3．6)即8倍，此时应比最低照度大80倍的照度，
才能获得额定信号幅度，，这一点在电视监控系统的设计中要特别注意，否则工程完工后才发现图像质量太差，便难予解决了。
如有的场所光线实在太暗，为获得良好的图像，必须增加照明设施，也可用红外照明(隐蔽性好)，还可用红外摄像机。还有一种彩色一黑白摄像机，当光照度低于5～lOlX时，自转变为黑白摄像，此时的最低照度可达0．1lx。此类摄像机多用于光照度变化特别大的室外监控系统，在这样的场所白天、夜晚都可获
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得清晰的图像，只不过白天是彩色，夜里是黑白。故照度是衡量摄像机在什么光照强度的情况下，可以输出正常图像信号的一个指标。在给出照度的这一指标时，往往是给出“正常照度”和“最低照度”两个指标。“正常照度”是指摄像机在这个照度下工作时，能输出满意的图像信号。“最低照度”是指如果低于这个“最低照度”时，摄像机输出的图像信号就难以使用，或者说摄像机至少要工作在“最低照度”之上。照度或灵敏度一般用“勒克斯”(1x)表示。如某一摄像机的最低照度为0．0llx，或某一摄像机的灵敏度为0．011 x。
3)同步：在切换图像时，为了防止图像闪跳，系统设备之间需采用外同步信号连接器。目前一般利用控制器来进行同步，外同步在控制器中连接，这样摄像机可以采用单电缆多功能传输方式。摄像机一般都具有电源同步功能，但需注意同一系统中所有摄像机应使用同一交流电源，这样全部摄像机才能同步在同一电源相位上，让系统获得电源同步。
4)电源摄像机的电源一般有交流220V、I lOV、24V，直流24V、12V几种，要根据现场需要适当选择。
5)功耗摄像机的功耗： 一般在3～20W之间，各种摄像机的说明书中都有此项指标。设计时要注意一组电源线供多少台摄像机，应采用多少平方毫米的电线，还要考虑计算供给电源的容量。
6)CCD尺寸：CCD摄像机扫描的有效面积(光靶面积)，是用等效的摄像管直径来标称的，参见表2-I．CCD的尺寸决定着镜头的选择(在镜头一节中要讲)，但要注意CCD尺寸的大小与摄像机的分辨率并无直接关系，l／3 in摄像机的分辨率可能比I／2 in的还要高，所以不一定光靶面积越大越好。
7)制式：摄像机同家用电视机、录像机一样，也有制式之分，有PAL制和NTSC制等．由于我国电视信号的制式是PAL制，所以摄像机一般选用PAL制，购买时要注意根据设计系统所用的制式进行选择，要求全系统中所有设备都要在同一制式上，否则系统将不可能正常工作。
8)清晰度：清晰度有水平清晰度和垂直清晰度。电视制式限制了垂直方向的清晰度，各种制式有一个最高的限制，PAL制约为400线．摄像机的清晰度是用水平清晰度来表示的。如果用Rh表示水平清晰度，V表示画面的垂直高度，H表示水平长度，M表示一条水平线上能再现的象素数，那么水平清晰度由下式定
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义：Rh=V／H．M一般V和H的比是3／4，即0．75，当然清晰度越高越好，但价钱也越高，所以要根据实际需要慎重选择．高清晰度的摄像机还要配高清晰度的显示器才有意义，一般选择450～480线的，清晰度已经很好了。故清晰度一般都给出水平清晰度．电视监控系统使用的摄像机，要求彩色摄像机水平清晰度在300线以上，黑自摄像机在350线以上。这样的指标即可满足一般电视监控系统的要求。
9)自动增益控制(AGC)：在低亮度的情况下，自动增益功能可以提高图像信号的强度以获得清晰的图像。目前市场上CCD摄像机的最低照度都是在这种条件下的参数。AGC还可保证图像信号在一定范围内波动时，获得稳定的输出。
10)自动白平衡：对彩色摄像机而言，白平衡是衡量红、绿、蓝三基色是否平衡的参数。白平衡正常，才能真实地还原被摄物体的色彩。彩色摄像机的自动白平衡就是让其实现自动调整。此功能又分自动自平衡(AwB)和自动跟踪白色平衡(ATw)。AWB功能可以自动
测量色温并保存起来。ATW功能可以随时对被摄物体的色温进行跟踪测量，并自动调整白色平衡以真实地还原色彩，这在光源经常改变，如晚上使用水银灯等情况下非常有用。黑白摄像机没有此功能。
11)电子亮度控制：有些CCD摄像机可以利用电子快门，根据射入光线的亮度来调节CCD图像传感器的曝光时间，从而在光线变化较大时也可以不采用自动光圈镜头。使用电子亮度控制时，被摄物体的景深要比使用自动光圈镜头日寸要小．
12)逆光补偿：在逆光的情况下，采用普通摄像机摄取的物体的图像会发黑不清。具有逆光补偿功能的摄像机在这种情况下仍能得到被摄物体的清晰图像，这是因为它采用了特殊的逆光补偿电路。这种电路可以检测被摄物体在整幅图像中的尺寸和对比度，并自动计算所需的补偿电平进行补偿。有此功能的摄像机价格较高，设计系统时应尽量选择顺光布置摄像机。
3.2摄像机镜头
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