SP監(jiān)控攝像機基礎(chǔ)知識培訓

1、12016/07/222 n視頻監(jiān)控原理和技術(shù)視頻監(jiān)控原理和技術(shù)n 攝像機基礎(chǔ)知識攝像機基礎(chǔ)知識n 鏡頭和濾光片基礎(chǔ)知識鏡頭和濾光片基礎(chǔ)知識 視頻監(jiān)控原理和技術(shù)視頻監(jiān)控原理和技術(shù)3 視頻監(jiān)控基本定義 視頻監(jiān)控的定義 利用視頻技術(shù)探測、監(jiān)視設(shè)防區(qū)域，實時顯示、記錄現(xiàn)場圖像，檢索和顯示歷史圖像的電子系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全技術(shù)防范的一個子系統(tǒng) 視頻監(jiān)控技術(shù)是安全防范技術(shù)的一部分主要功能功能要求業(yè)務(wù)對象監(jiān)視控制管理實時，清晰報警及時、云鏡操作靈活存儲、檢索、回放、認證、維護等視頻源控制信令用戶命令 CCTV系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) CCTV：閉路電視系統(tǒng) 技術(shù)：主要是電視技術(shù) 組成：攝像機、監(jiān)視器、

2、錄像機、視頻分配器、畫面分割器等 功能：監(jiān)視（監(jiān)聽）、錄像、回放等 線纜：視頻電纜（SYV，特性阻抗75，信號電平1.0Vp-p最大傳輸距離500m）4 模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)5 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的基本結(jié)構(gòu) 技術(shù)：主要是視頻編解碼技術(shù)、嵌入式技術(shù) 組成：硬盤錄像機、攝像機、監(jiān)視器等 功能：監(jiān)視（監(jiān)聽）、控制、錄像、回放、對講等 線纜：視頻電纜、 485控制線 主要應(yīng)用：金融、樓宇、小區(qū)等6 基本概念圖像、視頻和碼流 圖像（Image） 視頻（Video） 時間上連續(xù)的圖像組成視頻：ImageVideo 視頻中的某一幅圖像稱為一幀（Frame） 幀率（Frame Rate）FPS 每秒的幀數(shù) 碼流（Bit

3、 Stream） 將圖像壓縮后形成的數(shù)據(jù) 碼率（Bit Rate）bps/Bps 對碼流進行量化 碼率類型：定碼率（CBR）、變碼率（VBR） 碼流類型：視頻流、音頻流、復合流7 基本概念圖像8l 分辨率（Resolution）l 像素（Pixel）u水平：Widthu垂直：Heightl 線數(shù)（TVL）l 分辨力u水平u垂直 掃描方式91357911131524681012141612345678910111213141516 奇場(Odd Field) 偶場(Even Field 只有1場 視頻制式 PAL（ Phase Alternating Line）： 供電頻率為50Hz、場頻為每秒

4、50場、幀頻為每秒25幀、掃描線為625行 圖像彩色誤差較小，與黑白電視的兼容也好 中國、德國、英國等 NTSC （National Television System Committee）： 供電頻率為60Hz，場頻為每秒60場，幀頻為每秒30幀，掃描線為525行 美國、日本、韓國等 SECAM（Sequentiel Couleur A Memoire ）： 按順序傳送彩色與存儲 俄羅斯、法國、埃及10 分辨率WD1D14CIF112CIF1 1/2DCIF3/4 2/3CIF1/2 1/2QCIF1/4 1/4PAL9605767205767045767042885283843522881

5、76144NTSC96048072048070448070424052832035224017612011 高清分辨率100萬萬-720P130萬萬-960H200萬萬-1080P200萬萬-UXGA300萬萬500萬萬1280 X 7201280 X 9601920 X 10801600 X 12002048 X 15362560 X 192012 分辨率大于等于720p稱為高清 碼率的選擇13Bitrate(bps)QCIFCIF/QVGA2CIF/DCIF4CIF/VGA720PUXGA/1080P256K768K1.5M 2M3M4M5M8MFrame Rate:25fps 不同分辨率

6、對應(yīng)不同的碼率范圍，通常而言，碼率與圖像質(zhì)量成正比關(guān)系 如果碼率小于該范圍，則圖像質(zhì)量較差 如果碼率大于該范圍，則顯得浪費 每小時錄像文件大?。▎挝唬篗字節(jié)/小時） 碼率（Kbps）3600秒81024 攝像機基礎(chǔ)知識n 視頻監(jiān)控原理和技術(shù)n攝像機基礎(chǔ)知識n 鏡頭和濾光片基礎(chǔ)知識鏡頭和濾光片基礎(chǔ)知識14 按傳感器類型分 監(jiān)控監(jiān)控攝像機的分類攝像機的分類CCD攝像機CMOS攝像機普通型攝像機日夜型攝像機 按功能分 按清晰度分標清攝像機高清攝像機紅外攝像機 按傳輸方式分模擬攝像機網(wǎng)絡(luò)攝像機15 按外形結(jié)構(gòu)分槍機槍機半球半球紅外一體紅外一體化化普通半球防暴半球嵌入式半球紅外半球其他其他迷你攝像機車載

7、攝像機 監(jiān)控監(jiān)控攝像機的分類攝像機的分類16 組成：主要由鏡頭、影像傳感器（CCD/CMOS）、ISP(Image Signal Processor)及相關(guān)電路組成 工作原理：被攝物體經(jīng)鏡頭成像在影像傳感器表面，形成微弱電荷并積累，在相關(guān)電路控制下，積累電荷逐點移出，經(jīng)過濾波、放大后輸入DSP進行圖像信號處理，最后形成視頻信號（CVBS）輸出傳感器 ADCDSPDAC光光圖像碼流模擬攝像機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)CVBS 模擬攝像機基本概念17 網(wǎng)絡(luò)攝像機基本概念 組成：主要由鏡頭、影像傳感器（CCD/CMOS）、ISP(Image Signal Processor)、DSP（Digital Signal P

8、rocessor）及相關(guān)電路組成 工作原理：被攝物體經(jīng)鏡頭成像在影像傳感器表面，形成微弱電荷并積累，在相關(guān)電路控制下，積累電荷逐點移出，經(jīng)過濾波、放大后輸入DSP進行圖像信號處理和編碼壓縮編碼壓縮，最后形成數(shù)字信號輸出。DSP CCD/CMOSISPNET光圖像碼流網(wǎng)絡(luò)攝像機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)18CCD與CMOS相比：其主要優(yōu)勢在于靈敏度高、分辨率優(yōu)、噪聲比低；CMOS與CCD相比：則有成本低、功耗小等特點。 CCD與CMOS是當前被普遍采用的兩種圖像傳感器，其都是將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)信號,其主要的差異是數(shù)字數(shù)據(jù)傳送方式不同。 CMOS，即“互補金屬氧化物半導體”互補性氧化金屬半導體(Complemen

9、tary Metal Oxide Semiconductor )，傳感器中每個象素都會鄰接一個放大器及A/D轉(zhuǎn)換電路，用類似內(nèi)存電路的方式將數(shù)據(jù)輸出。電荷耦合器件(Charge Coupled Device )，傳感器中每一行中每一個象素的電荷數(shù)據(jù)都會依次傳送到下一個象素中，由最底端部分輸出，再經(jīng)由傳感器邊緣的放大器進行放大輸出。CCDCCD簡介：簡介：CMOSCMOS簡介：簡介： CCD/CMOSCCD/CMOS簡介簡介 CCDCCD與與CMOSCMOS比較比較分辨率分辨率靈敏度靈敏度信噪比信噪比集成度集成度功耗功耗成本成本CCD優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)CMOS優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu) CCD/CMOSCCD/CM

10、OS簡介簡介感光靶面尺寸1”2/3”1/2”1/3”1/4”對角線16mm11mm8mm6mm4.5mm垂直9.6mm6.6mm4.8mm3.6mm2.7mm水平12.7mm8.8mm6.4mm4.8mm3.6mm有效像素（ Effective Pixels ）有效像素數(shù)是指真正參與感光成像的像素值。最高像素的數(shù)值是圖像傳感器的真實像素，這個數(shù)據(jù)通常包含了感光器件的非成像部分。以SP1409 1/4” 為例，其總像素為：1296（H）736（V），有效像素為：1280（H）720（V） ；CMOS的有效像素決定了圖像的清晰度水平。一般來講此值越大越好，感光面積越大成像質(zhì)量越好一般來講此值越大越

11、好，感光面積越大成像質(zhì)量越好 CCD/CMOSCCD/CMOS簡介簡介21 攝像機主要性能指標分辨力 標示攝像機清晰度的參數(shù)，通常用水平電視線（TVL）來表示 現(xiàn)階段常見的分辨力參數(shù)有 420TVL、480TVL、540TVL 600TVL、650TVL 700TVL、720TVL22 日夜轉(zhuǎn)換模式 電子式 機械式（ICR） 攝像機主要性能指標日夜轉(zhuǎn)換模式 日夜轉(zhuǎn)換 低照度場景中轉(zhuǎn)換為黑白模式可有效提升攝 像機的靈敏度彩色 黑白紅外透過紅外截止23 攝像機主要性能指標最低照度 標示攝像機能夠正常輸出圖像的最低照度值，有時被稱為“靈敏度”l 單位：Lux（勒克斯） 以攝像機正常工作照度范圍劃分：

12、l 普通型：13 Luxl 月光型：0.1 Lux左右l 星光型：0.01 Lux以下l 紅外型：0 Lux，采用紅外照明 攝像機的最低照度參數(shù)通常由三部分組成，例如：彩色 0.01Lux F1.2色彩模式（彩色/黑白）。同一支攝像機工作在彩色或黑白模式下，其照度參數(shù)不相同照度參數(shù)，表示攝像機在正常輸出圖像時，到達傳感器的最小光照強度光圈值。表示該照度參數(shù)是在鏡頭設(shè)定于何種光圈值條件下取得的。24 攝像機主要性能指標自動增益 AGC（Auto Gain Control）將來自圖像傳感器的信號放大到可以使用水準的視頻放大器，其放大量即增益，并自動根據(jù)信號電平調(diào)整增益幅度 優(yōu)點是提升了攝像機的動態(tài)

13、范圍，缺點是將噪聲一同放大AGC 關(guān)閉AGC 開啟25信噪比（S/N ratio） 信噪比是信號電壓對于噪聲電壓的比值，通常用符號S/N來表示。由于在一般情況下，信號電壓遠高于噪聲電壓，比值非常大，信噪比的單位用dB來表示。一般攝像機給出的信噪比值均是在AGC（自動增益控制）關(guān)閉時的值，因為當AGC接通時，會對小信號進行提升，使得噪聲電平也相應(yīng)提高。 信噪比的典型值為4555db，若為50db，則圖像有少量噪聲，但圖像質(zhì)量良好；若為60db，則圖像質(zhì)量優(yōu)良，不出現(xiàn)噪聲。典型值為46db，若為50db，則圖像有少量噪聲，但圖像質(zhì)量良好；若為60db，則圖像質(zhì)量優(yōu)良，不出現(xiàn)噪聲 攝像機主要性能指標

14、信噪比26 攝像機主要性能指標白平衡 用于彩色攝像機，確保在不同色溫環(huán)境下正確表示色彩 分為手動白平衡和自動白平衡兩種 手動白平衡 自動白平衡IncandescentFluorescentDaylight加入AWB后27 攝像機主要性能指標 常見光源色溫光源色溫范圍鎢絲燈，白熾燈2500-3200K碳棒燈4000-5500K熒光燈，節(jié)能燈4500-6500K氙燈5600K碳精燈5500-6500K日光平均5400K有云天氣下的日光6500-7000K陰天日光12000-18000K28 Gamma源于CRT（顯示器/電視機）的響應(yīng)曲線，即其亮度與輸入電壓的非線性關(guān)系。一個理想的Gamma校正通

15、過相反的非線性轉(zhuǎn)換把該轉(zhuǎn)換反轉(zhuǎn)輸出來。Gamma 校正補償了不同輸出設(shè)備存在的顏色顯示差異，從而使圖像在不同的監(jiān)視器上呈現(xiàn)出相同的效果。Gamma值值的修正，可以改變畫面明暗，增加對比。Output=input gamma 一般CRT顯示器的亮度響應(yīng)曲線 攝像機主要性能指標Gamma校正29經(jīng)過Gamma校正的視頻信號CRT監(jiān)視器信號還原 視頻信號經(jīng)過Gamma校正以后在顯示器端被還原為線性信號 攝像機主要性能指標Gamma校正30電子電子快門（快門（Electronic shutter，ES） 根據(jù)人眼的視覺暫留特性，為了確?？吹降膱D像是連續(xù)的，PAL制電視信號的標準是25幀/秒隔行掃描，就

16、是說，每一秒種經(jīng)過我們眼前的圖像實際是由25個畫面構(gòu)成的連續(xù)畫面，因為是隔行掃描，每2個場才能構(gòu)成一個幀，所以每1秒鐘，PAL制的圖像是50場，1場的時間就是快門的間隔，每一秒鐘，快門必須要工作50次，才能確保輸出的圖像是50場/秒的PAL制圖像，所以PAL制的最低快門速度是1/50秒。 實際應(yīng)用中，因為環(huán)境中光線可能會很強，這個時候可能會需要控制進光量，就需要控制快門速度，速度越快時，光線能夠進入的時間就越少，進光量就越少，相對來說，圖像就會顯得比較暗，反之快門速度越慢，圖像就會越亮。說明：說明：一般廠家將快門設(shè)置成多檔可調(diào)，PAL制下：1/50到1/100000；NTSC制下：1/60到1

17、/100000; 攝像機主要性能指標 電子快門31 ALC/ELC （自動亮度控制（自動亮度控制/電子亮度控制）電子亮度控制）一般監(jiān)控攝像機可以選擇兩種工作方式：ALC模式和ELC模式；ALC模式適用于自動光圈鏡頭， 由鏡頭更具圖像亮度自動調(diào)整光圈大小，使圖像效果得到優(yōu)化。這種模式下，電子快門會固定在1/50秒（PAL制）； ELC模式適用于固定光圈或手動光圈鏡頭；當選擇ELC時，電子快門根據(jù)射入的光線亮度而連續(xù)自動改變CCD圖像傳感器的曝光時間（一般從1/50到1/10000秒連續(xù)調(diào)節(jié)）。注意：注意：A. 在室外或明亮的環(huán)境下，由于ELC控制范圍有限，還是應(yīng)該選擇ALC式鏡頭；B. 以固定光

18、圈鏡頭采用ELC方式時，圖象的景深可能小于使用ALC式鏡頭所獲得的景深。因此，攝像頭在完全打開固定光圈鏡頭而采用ELC方式時。景深會比使用ALC式鏡頭時小，而且圖象上遠處的物體可能不在焦點上。 攝像機主要性能指標 ALC/ELC32銳銳度（度（Sharpness）銳度是反映圖像邊緣對比度的一個指標。如果將銳度調(diào)高，圖像平面上的細節(jié)對比度也更高，邊緣會越清晰，看起來更清楚。但是，并不是將銳度調(diào)得越高越好。如果將銳度調(diào)得過高，則會在黑線兩邊出現(xiàn)白色線條的鑲邊，圖像看起來失真而且刺眼。比如，這種情況出現(xiàn)在不大的人臉圖像上，就會不但在人臉的邊緣出現(xiàn)白色鑲邊，而且在發(fā)際、眉毛、眼眶、鼻子、嘴唇這些黑色和

19、陰影部位邊上出現(xiàn)白色鑲邊，看起來很不順眼。所以，為了獲得相對清晰而又真實的圖像，銳度應(yīng)當調(diào)得合適。說明：說明：A. 提高銳度并不能提高清晰度；B. 提高銳度，會相應(yīng)的增加圖像噪點，銳度越高，噪點越大； 攝像機主要性能指標 銳度33飽和度飽和度飽和度是反映圖像上物體顏色的濃淡程度。飽和度越高，圖像顏色越濃；反之越淡；Flicker（閃爍）（閃爍）日常使用的普通光源如白熾燈、日光燈、石英燈等都是直接用220/50Hz 交流電工作，每秒鐘內(nèi)正負半周各變化50 次，因而導致燈光在1 秒鐘內(nèi)發(fā)生100（502）次的閃爍，再加上市電電壓的不穩(wěn)定，燈光忽明忽暗，這樣就產(chǎn)生了所謂的“頻閃”。對于 camera

20、 sensor 來說，對光源亮度的變化是比較敏感的。如果不加抑制，可能會有明顯的圖像的明亮變化閃爍的現(xiàn)象發(fā)生。使用攝像機的閃爍抑制功能，能使圖像亮度穩(wěn)定，不會忽明忽暗。 攝像機主要性能指標 飽和度/Flicker+ saturation- saturation original34慢慢快門快門/幀累積（幀累積（Slow Shutter）當使用1/50秒圖像（PAL制下）仍然不夠亮，這就需要運用其他技術(shù)了。獲得低照度下圖像的方法是通過電荷單幀累積方式增加CCD在單幀圖像的曝光量，從而提高攝像機對單幀圖像的靈敏度。這種方式也可以獲得較低的照度指針，但是需要降低圖像的連貫程度，一旦拍攝的物體發(fā)生變化

21、或者移動的時候，前后兩個時間在一起累加的可能并不是同一個像素點，這樣在整體圖像上移動物體就會出現(xiàn)“拖影”現(xiàn)象，如果物體移動過快而幀累積時間過長的話，移動物體甚至會變成虛影。所以，幀累積技術(shù)一般應(yīng)用于在弱光環(huán)境中監(jiān)控靜止的場景。說明：說明：一些廠家也將慢快門/幀累積叫成Sense Up；一般幀累積分為若干檔，標示為X2，X4，X8，X16表示的是曝光時間延長2倍、4倍、8倍等，數(shù)值越高，曝光時間越長，“拖影”現(xiàn)象越嚴重。 攝像機特殊功能 慢快門/幀累積35 攝像機特殊功能背光補償 采用背光補償技術(shù)，讓攝像機找到拍攝最佳圖像的參考亮度，然后自動提供適當?shù)墓庋a償量，幫助用戶很好地識別一個背部光照很強

22、的物體。背光補償往往針對目標圖像的特定區(qū)域有效。 BLC OFF BLC ON36 攝像機特殊功能寬動態(tài) 針對逆光場景，寬動態(tài)技術(shù)在后景區(qū)域使用短快門曝光，在前景區(qū)域使用長快門曝光，生成合成圖像。所以能看清圖像暗處的細節(jié)，而圖像亮處又不過曝。寬動態(tài)技術(shù)可獲得比背光補償技術(shù)更加清新、艷麗的圖像。背光補償功能開啟寬動態(tài)功能開啟背景過曝過曝背景清晰背景清晰37 攝像機特殊功能低照度 對圖像進行噪聲濾除、電子防抖動、自動曝光控制等技術(shù)，將攝像機靈敏度提高了10%以上，在超低照度下，仍可獲高清晰度、亮麗的圖像。相同照度下普通攝像機圖像相同照度下低照度攝像機圖像38 鏡頭和濾光片基礎(chǔ)知識鏡頭和濾光片基礎(chǔ)知

23、識n 視頻監(jiān)控原理和技術(shù)n 攝像機基礎(chǔ)知識n鏡頭和濾光片基礎(chǔ)知識鏡頭和濾光片基礎(chǔ)知識39 鏡頭鏡頭：鏡頭就是攝像機的眼睛。畫面的清晰程度和影像層次是否豐富等表現(xiàn)能力，受光學鏡頭的內(nèi)在質(zhì)量所制約。 鏡頭接口鏡頭接口CS型安裝座攝像機上使用C型鏡頭的話，需要加一個高度為5mm的轉(zhuǎn)換接圈。D型按照接口方式不同，又分為螺紋型（M12） 和直插型（14）兩種監(jiān)控攝像機鏡頭的工業(yè)標準監(jiān)控攝像機鏡頭的工業(yè)標準C-Mount，CS-Mount和D-MountC型和CS型鏡頭的口徑及螺紋都是一樣的，區(qū)別在于：C型從鏡頭安裝基準面到焦點的距離是17.526mm；CS型從鏡頭安裝基準面到焦點的距離是12.5mm；4

24、014鏡頭（直插鏡頭，無螺紋鏡頭）M12鏡頭（有螺紋鏡頭） 鏡頭接口鏡頭接口41按照按照光圈調(diào)節(jié)方式分類：光圈調(diào)節(jié)方式分類：手動光圈鏡頭自動光圈鏡頭：直流驅(qū)動自動光圈鏡頭（DC Auto Iris lens） 視頻驅(qū)動自動光圈鏡頭（Video Auto Iris lens）按照視角大小不同分類：按照視角大小不同分類： 廣角鏡頭：視角90度以上，觀察范圍較大，近處圖像有變形。 標準鏡頭：視角30度左右，使用范圍較廣。 長焦鏡頭：視角20度以內(nèi)，焦距可達幾十毫米或上百毫米。 變焦鏡頭：鏡頭焦距連續(xù)可變，焦距可以從廣角變到長焦，焦 距越長則成像越大。 針孔鏡頭：用于隱蔽觀察，經(jīng)常被安裝在如天花板 或

25、墻壁等地方。 鏡頭種類鏡頭種類42焦距焦距透鏡的光心到光聚集之焦點的距離。它基本上就是從鏡頭的中心點到傳感器平面上所形成的清晰影像之間的距離。鏡頭的焦距決定了該鏡頭拍攝的物體在傳感器上所形成影像的大小。 假設(shè)以相同的距離面對同一物體進行拍攝，那么鏡頭的焦距越長，則物體所形成的影像就越大。 當攝像機鏡頭的成像尺寸被確定之后，對一個固定焦距的鏡頭來說則相對具有一個固定的視野，常用視場來表示視野的大小。它的規(guī)律是，焦距越短，視角和視場就越大。所以短焦距鏡頭又被稱為廣角鏡頭。 鏡頭鏡頭的參數(shù)指標的參數(shù)指標43 光圈系數(shù)（光圈系數(shù)（F值）值）:為了控制通過鏡頭的光通量的大小，在鏡頭的后部均設(shè)置了光圈。鏡

26、頭焦距和鏡頭有效孔徑的比值稱為光圈系數(shù)，也稱為F值，光圈系數(shù)決定被攝像的照度(亮度)，F(xiàn) 值越小，光圈越大，到達SENSOR的通光量就越大。 計算方式：F=f/D ；其中D為鏡頭的有效孔徑； 鏡頭的最大光圈系數(shù)往往標示在鏡頭上，如1:1.2或F1.2 。 視場角（視場角（FOV）: 鏡頭所能覆蓋的范圍，(物體超過這個角就不會被收在鏡頭里),一個攝像機鏡頭能涵蓋多大范圍的景物，通常以角度來表示，這個角度就叫鏡頭的視角FOV。被攝對象透過鏡頭在焦點平面上結(jié)成可見影像所包括的面積，是鏡頭的視場。 鏡頭鏡頭的參數(shù)指標的參數(shù)指標44景深（景深（DOF）：）：當鏡頭聚集于被攝影物的某一點時，這一點上的物體就能在電視畫面上清晰地結(jié)像。在這一點前后一定范圍內(nèi)的景物也能記錄得較為清晰。這就是說，鏡頭拍攝景物的清晰范圍是有一定限度的。這種在攝像管聚焦成像面前后能記錄得“較為清晰”的被攝影物縱深的范圍便為景深。當鏡頭對準被攝景物時，被攝景物前面的清晰范圍叫前景深，后面的清晰范圍叫后景深。前景深和后景深加在一起，也就是整個電視畫面從最近清晰點到最遠清晰點的深度，叫全景深。一般所說的景深就是指全景