工業(yè)視頻監(jiān)控?cái)z像頭的性能指標(biāo)與選型

1、視頻監(jiān)控?cái)z像頭的性能指標(biāo)與選型設(shè)備管理部 鄒志成隨著2#電爐大修工作的圓滿結(jié)束，艾薩爐、2#電爐順利復(fù)產(chǎn)，總廠迎來(lái)了蓬勃生產(chǎn)的大好局面。伴隨著生產(chǎn)的有序開(kāi)展，廠內(nèi)區(qū)域含銅物料也越來(lái)越多，近期來(lái)偷盜現(xiàn)象再一次呈抬頭趨勢(shì)，精煉火法區(qū)域、電解區(qū)域甚至加工分廠區(qū)域都多次出現(xiàn)人為偷盜現(xiàn)象，總廠含銅物料的安全保衛(wèi)形勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)峻。在此情況下，各分廠/車間對(duì)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的需求越來(lái)越大，進(jìn)入2011年已經(jīng)有若干套視頻監(jiān)控系統(tǒng)的新增、維修項(xiàng)目上報(bào)至相關(guān)職能部門審批，視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于我廠生產(chǎn)和安保工作順利、有序開(kāi)展的作用由此可見(jiàn)一斑。但由于我廠并無(wú)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的專業(yè)技術(shù)人員，在項(xiàng)目之初的設(shè)備選型及系統(tǒng)架構(gòu)上很難進(jìn)

2、行控制，而視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，由屬監(jiān)控?cái)z像頭的種類、型號(hào)最為繁多，如何針對(duì)視頻監(jiān)控?cái)z像頭的選型成為系統(tǒng)運(yùn)行后工作能否滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的重中之重。一、 攝像頭的基本參數(shù)監(jiān)控?cái)z像頭是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的“眼睛”，為了適應(yīng)不同的監(jiān)控環(huán)境和要求，需要配置不同規(guī)格的攝像頭。攝像頭具有四個(gè)主要屬性：最大光圈、焦距和感光元件。1、 最大光圈最大光圈的真正價(jià)值表現(xiàn)在提高弱光情況下的進(jìn)光量，從而達(dá)到最佳曝光組合。光圈安裝在鏡頭的后部，光圈開(kāi)得越大，通過(guò)鏡頭的光量就越大，圖像的清晰度越高；光圈開(kāi)得越小，通過(guò)鏡頭的光量就越小，圖像的清晰度越低。通常用F（光通量）來(lái)表示。F=焦距（f）/通光孔徑在攝像機(jī)的技術(shù)指標(biāo)中，我們可以常

3、?？吹?mm/F1.4這樣的參數(shù)，它表示鏡頭的焦距為6mm，光通量為1.4，這時(shí)我們可以很容易地計(jì)算出通光孔徑為4.29mm。在焦距f相同的情況下，F(xiàn)值越小，光圈越大，到達(dá)CCD芯片的光通量就越大，鏡頭越好。2、 焦距焦距（f）：焦距是鏡頭和感光元件之間的距離，通過(guò)改變鏡頭的焦距，可以改變鏡頭的放大倍數(shù)，改變拍攝圖像的大小。當(dāng)物體與鏡頭的距離很遠(yuǎn)的時(shí)候，我們可用下面公式表達(dá)：鏡頭的放大倍數(shù)焦距/物距。增加鏡頭的焦距，放大倍數(shù)增大了，可以將遠(yuǎn)景拉近，畫面的范圍小了，遠(yuǎn)景的細(xì)節(jié)看得更清楚了；如果減少鏡頭的焦距，放大倍數(shù)減少了，畫面的范圍擴(kuò)大了，能看到更大的場(chǎng)景。3、 感光元件主流監(jiān)控?cái)z像機(jī)的感光元

4、件采用CCD元件，實(shí)際上就是光電轉(zhuǎn)換元件。和以前的CMOS感光元件相比，CCD的感光度是CMOS的3到10倍，因此CCD芯片可以接受到更多的光信號(hào)，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，經(jīng)視頻處理電路濾波、放大形成視頻信號(hào)輸出。接受到的光信號(hào)越強(qiáng)，視頻信號(hào)的幅值就越大。視頻信號(hào)連接到監(jiān)視器或電視機(jī)的視頻輸入端便可以看到視頻圖像。提高圖像清晰的根本就在于提高攝像機(jī)的感光能力。CCD的成像尺寸常用的有1/2英寸、1/3英寸，CCD的尺寸規(guī)格決定了攝像機(jī)的規(guī)格。CCD的成像尺寸，也就是攝像機(jī)畫面寬度和高度的比例與電視機(jī)畫面寬度和高度比例一樣，通常為4：3。這樣保證了攝像機(jī)的視頻圖像在顯示器上的圖像不變形。鏡頭的規(guī)格也分為

5、1/2英寸、1/3英寸等，1/2英寸的鏡頭可用于1/2英寸、1/3英寸的攝像機(jī)；而1/3英寸的鏡頭只能用于1/3英寸的攝像機(jī)，不能用于1/2英寸的攝像機(jī)，這是因?yàn)?/3英寸鏡頭光通量只有1/2英寸鏡頭光通量的44%，不能滿足1/2英寸的攝像機(jī)的光通量要求。二、 攝像機(jī)的控制為了擴(kuò)大監(jiān)控范圍，要求監(jiān)控?cái)z像機(jī)能實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、變焦、變放大倍數(shù)，自動(dòng)聚焦等。這些功能的實(shí)現(xiàn)，需要數(shù)字硬盤錄像機(jī)通過(guò)控制器對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行控制。1、 旋轉(zhuǎn)控制工程師們利用云臺(tái)來(lái)安裝和固定攝像機(jī)，云臺(tái)分為固定云臺(tái)和電動(dòng)云臺(tái)。固定云臺(tái)適用于監(jiān)視范圍不大的情況，在固定云臺(tái)上安裝好攝像機(jī)后，調(diào)整攝像機(jī)的水平和俯仰角度，達(dá)到最好的工作狀態(tài)后鎖

6、定調(diào)整機(jī)構(gòu)就可以了。電動(dòng)云臺(tái)安裝了步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)接受來(lái)自控制器的信號(hào)，帶動(dòng)攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)精確定位，適用于大范圍監(jiān)控。云臺(tái)根據(jù)其回轉(zhuǎn)的特點(diǎn)可分為只能左右旋轉(zhuǎn)的水平旋轉(zhuǎn)云臺(tái)和既能左右旋轉(zhuǎn)又能上下旋轉(zhuǎn)的全方位云臺(tái)。一般來(lái)說(shuō)，水平旋轉(zhuǎn)角度為0°350°，垂直旋轉(zhuǎn)角度為+90°。恒速云臺(tái)的水平旋轉(zhuǎn)速度一般在3°10°/s，垂直速度為4°/s左右。變速云臺(tái)的水平旋轉(zhuǎn)速度一般在0°32°/s，垂直旋轉(zhuǎn)速度在0°16°/s左右。在一些高速攝像系統(tǒng)中，云臺(tái)的水平旋轉(zhuǎn)速度高達(dá)480°/s以上，垂直旋轉(zhuǎn)速度

7、在120°/s以上。2、 實(shí)現(xiàn)電動(dòng)變焦、變倍、自動(dòng)聚焦（1） 一體化攝像機(jī)所謂一體化攝像機(jī)就是使鏡頭、CCD芯片、視頻處理電路、電源、機(jī)殼整合為一個(gè)整體，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)變焦、變倍、自動(dòng)聚焦功能。能否快速、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦是評(píng)價(jià)一體化攝像機(jī)品質(zhì)的關(guān)鍵。好的產(chǎn)品可以一次性準(zhǔn)確聚焦，而品質(zhì)不好的產(chǎn)品，在聚焦時(shí)會(huì)來(lái)回往復(fù)，需要多次才能定焦。目前的一體化攝像機(jī)以16、18、20、22、27、32倍變倍為主流，發(fā)展趨勢(shì)是照度越來(lái)越低，光學(xué)倍數(shù)越來(lái)越高。注意這里的變焦倍數(shù)是指光學(xué)變倍。一體化攝像機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)是鏡頭、CCD和DSP處理模塊。高檔鏡頭主要被日本廠商所掌握，如Canon、Camputar

8、、Avenir等。CCD芯片以日本Sony為主，SonyCCD分為SuperHAD和Exview兩種類型，其中Exview是最新技術(shù)，普遍采用1/4寸尺寸，性噪比高于SuperHAD；在DSP處理芯片上，Sony的DSP芯片可以很好的處理圖像色彩，使圖像看上去十分鮮艷。而Canon、Nikon的DSP在捕光模式和對(duì)焦上比較好。（2） 采用電動(dòng)變焦鏡頭 + 普通攝像機(jī)把電動(dòng)變焦鏡頭和普通攝像機(jī)結(jié)合起來(lái)，利用普通攝像機(jī)視頻驅(qū)動(dòng)的原理，實(shí)現(xiàn)鏡頭焦距、光圈、聚焦的自動(dòng)控制。目前有些廠家開(kāi)發(fā)出了超高倍率的60倍電動(dòng)變焦鏡頭"D60×12.5"。其750mm（使用變焦擴(kuò)展鏡時(shí)

9、可達(dá)1500mm）的焦距可以鮮明地識(shí)別3公里遠(yuǎn)處的人物。三、 視頻圖像的網(wǎng)絡(luò)傳輸1、 模擬攝像機(jī) + 數(shù)字硬盤錄像機(jī) + 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)這是目前應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)定端口、網(wǎng)關(guān)和路由，現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字硬盤錄像機(jī)作為服務(wù)器，在遠(yuǎn)程客戶的計(jì)算機(jī)上安裝專用監(jiān)控軟件或插件，用戶便可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)看到數(shù)千里之外的現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)單路、多路視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控和錄像。2、 模擬攝像機(jī) + 網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器 + 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模擬攝像機(jī)輸出的信號(hào)是模擬信號(hào)，計(jì)算機(jī)處理的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)囊彩菙?shù)字信號(hào)，網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器（VideoServer）把模擬攝像機(jī)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)高效壓縮芯片壓縮、編

10、碼，輸出可以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中以數(shù)字信號(hào)的形式傳輸。因此，也可以把網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器稱為視頻編碼器（VideoCoder）。當(dāng)視頻服務(wù)器的一端連接著模擬攝像機(jī)的輸出信號(hào)，另一端插上計(jì)算機(jī)網(wǎng)線，然后在互聯(lián)網(wǎng)中的任一臺(tái)計(jì)算機(jī)中設(shè)置好網(wǎng)關(guān)、路由，打開(kāi)IE瀏覽器，輸入IP地址或者域名就可以在電腦中看到監(jiān)控的畫面了。如果模擬攝像機(jī)配置有云臺(tái)，我們還可以通過(guò)電腦對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行變焦、變倍、旋轉(zhuǎn)等控制操作。在網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器中還得嵌入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，可以是Linux版本，也可以是Windows版本，從穩(wěn)定性上講，Linux版本更勝一籌。采用網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器可以選擇和配備不同的攝像機(jī)，具有更多

11、的靈活性。3、 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī) + 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)就是將模擬攝像機(jī)與網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器整合在一起。在攝像機(jī)里面內(nèi)置模/數(shù)轉(zhuǎn)換、視頻服務(wù)器功能，和網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器一樣，按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊和數(shù)據(jù)傳輸，還可以接收?qǐng)?bào)警信號(hào)及向外發(fā)送報(bào)警信號(hào)。這更方便了，只要把網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)安裝好，插上網(wǎng)線就可以瀏覽了。4、 CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)上面介紹的傳輸是有線傳輸，但是在移動(dòng)的交通工具（汽車）、偏遠(yuǎn)的礦山、山區(qū)，采用有線傳輸顯然是很困難的，我們可以利用成熟的無(wú)線通訊技術(shù)。這里的代表產(chǎn)品有中國(guó)聯(lián)通的移視通。移視通CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是把CDMA數(shù)據(jù)通訊功能和數(shù)字視頻編碼功能整合成一體的便捷式產(chǎn)品。

12、它把攝像機(jī)圖像經(jīng)過(guò)視頻壓縮編碼模塊壓縮，通過(guò)智能無(wú)線通訊終端發(fā)射到CDMA網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的交互、發(fā)送/接收、加解密、編解碼，鏈路的控制維護(hù)等功能。該系統(tǒng)可以把實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖像傳到距離用戶最近的聯(lián)通通信網(wǎng)絡(luò)?？梢酝ㄟ^(guò)Internet從系統(tǒng)中控端得到實(shí)時(shí)圖像信息。系統(tǒng)整合了CDMA網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，隨時(shí)隨地的進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。四、 安裝視頻監(jiān)控?cái)z像頭的注意事項(xiàng)1、 在滿足監(jiān)視目標(biāo)視場(chǎng)范圍要求的條件下，其安裝高度：室內(nèi)離地不宜低于2.5m；室外離地不宜低于3.5m。2、 監(jiān)控?cái)z像頭及其配套裝置，如鏡頭、防護(hù)罩、支架、雨刷等，安裝應(yīng)牢固，運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)靈活，應(yīng)注意防破壞，并與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)。3、 在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下，監(jiān)控?cái)z像頭安裝應(yīng)與地絕緣隔離。4、 信號(hào)線和電源線應(yīng)分別引入，外露部分用軟管保護(hù)，并不影響云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)。5、 電梯廂內(nèi)的監(jiān)控?cái)z像頭應(yīng)安裝在廂門