监控基础知识

电视监控系统在现代建筑中具有独特作用，它能被广泛应用的重要原因是它能实时、形象、真实地反映被监视对象的画面，它已成为人们在现代化管理中进行监视控制的一种极为有效的工具。

电视监控系统由摄像机、传输分配、控制、图像的处理与显示四部分组成。该系统是双向的多路传输系统，既要向接收端传输视频信号，又要向摄像机传送控制信号和电源。

1控制方式及控制信号的传输

电视监控系统应具有对电动云台、电动变焦镜头、防护罩和电源的控制功能。控制中心与受控中心间的距离及受控设备的多少决定电视监控系统的控制方式。

(1)当摄像机数量少，控制距离不超过500m时，可采用直接控制方式，用多芯电缆传输控制信号。这种方式控制线数量多，施工量大。

(2)当摄像机数量少，控制项目较少，控制距离在1000m以内时，可采用间接控制方式。这种方式控制线数量也较多。

(3)由于PC机技术的极大进步，现已将数字技术广泛应用于传统的模拟电视监控领域，这就是数据编码微机控制方式。这种方式采用串行码传输控制信号，系统控制线只需两根，适用于大中型系统的控制及长距离传输，还可以用软件将监控与报警系统兼容起来。

(4)当控制距离在300～500m时，来自摄像机的视频信号及来自控制器端的控制信号可共用一条同轴电缆，这就是同轴视控方式。这种方式虽能节省控制线，但目前此类设备较昂贵，设计时要综合考虑。

2视频信号的分配及传输

2.1视频信号的分配

当监视器不超过5台且就近设置时，可采用桥接分配方式，见图1；当一路视频信号要传送到相距较远的多个监视器时，应采用视频分配器方式，见图2。

2.2视频信号的传输

视频信号传输线有同轴电缆(不平衡电缆)、平衡对称电缆(电话电缆)、光缆。平衡对称电缆和光缆一般用于长距离传输，对于宾馆酒店等建筑一般采用同轴电缆传输视频基带信号的传输方式。当采用75－5同轴电缆时，一般传输距离在300m时，应考虑使用电缆补偿器。如采用75－9同轴电缆时，摄像机和监视器间的距离在500m以内可不加电缆补偿器。

3摄像机及附属设备的选择

电视监控用摄像机按摄像器件划分为电真空摄像器件(即摄像管)摄像机和固体摄像器件(CCD器件、MOS器件)摄像机两大类。电真空摄像管开发早、种类多，而目前已被一般电视监控系统选用的固体摄像管所代替，后者是近年发展起来的一类新型摄像器件，它的优点是：惰性小、灵敏度高、抗强光照射、几何失真小、均匀性好；抗冲振，没有微音效应；小而轻、寿命长。电视监控用摄像机目前正朝着小型化、轻量化、廉价化，并提高图像质量、增加操作功能的方向发展。

3.1摄像机防护罩的选择

首先要根据工作环境来选择摄像机。不同的工作环境对摄像机有不同的要求，如防雨、防尘，特殊场合还要求防辐射、防水等，室外工作时要求具有自动调温和遥控雨刷等功能，这些功能是通过选用防护外罩的办法实现的。

3.2摄像机照度的选择

在选择摄像机时，一般要求监视目标的环境最低照度应高于摄像机要求最低照度的10倍以上。通常黑白监视器监视目标最低照度不应小于10lx，彩色监视器监视目标最低照度不应小于50lx。零照度环境下宜采用红外光源或其他光源。

3.3摄像机镜头的选择

要将被监视的目标图像既可在监视器上充分显示出来，又能达到最经济合理的要求，一般来说，对于

具有一定的空间范围、兼有宏观和微观监测要求、需要经常反复监测、又不需要同时监测的场合，宜采用变焦距镜头和遥控云台，除此之外，则尽可能采用定焦距镜头。

监视目标逆光摄像时，宜选用具有逆光补偿的摄像机；监视目标亮度高低相差100倍以上或昼夜使用的摄像机，应选用自动光圈或电动光圈镜头；当需要遥控时可选用具有光对焦、光圈开度、变焦距的遥控镜头；需要隐蔽安装的摄像机，宜采用针孔镜头或棱镜镜头；电梯轿箱内的摄像机镜头就应选用水平视场角大于70度的广角镜头。

3.4黑白、彩色摄像机的选择

彩色摄像机比黑白摄像机价格高、维修费用高，因此如果被观察目标本身没有明显的色彩标志和差异，最好用黑白摄像机。

3.5摄像机云台的选择

云台的使用电压有交流型和直流型，要结合控制器的类型和系统中其它设备统一考虑。交流云台适用于定速操作，直流型适用于变速操作，它速度快，特别适用于带预置的系统。

4摄像机的安装

室内摄像机的安装高度以2.5～5m为宜，室外以3.5～10m为宜；电梯轿箱内安装在其顶部，与电梯操作器成对角处，且摄像机的光轴与电梯的两壁及天花板成45度。

5图像的处理与显示

5.1图像的处理

闭路监控电视系统对所传输的图像信息具有切换、记录、重放、加工和复制等功能。视频切换器是能手动和自动编程，将所有视频信号在指定的监视器上进行固定或时序显示，也可以进行图像混合、画面分割、字幕叠加等处理。在用于安防的闭路监控电视系统中，视频切换器应具有与报警控制器联网的接口，当报警发生时切换出相应部位的摄像机图像，并能进行记录和重放，以便分析处理所发生的事故。

5.2图像的记录及重放

闭路监控电视系统采用录像机实现记录和重放功能，这种录像机的特点是应能长时间录像(目前普遍使用24h录像)，可以快速和静止重放所记录的画面，而且具有遥控功能，系统可以对录像机远距离操作，或利用系统中的控制信号自动操作录像机。

5.3图像的显示

监视器是闭路监控电视系统的终端显示设备。监视器的选择应根据整套系统的技术性能指标及使用目的来选择。选择彩色监视器还是黑白监视器应与系统的摄像机一致。屏幕的大小应根据控制中心的面积和监视人数进行选择。监视器的清晰度应相当于或高于摄像机的清晰度，以充分发挥摄像机的性能。监视器的数量根据实际工程需要，以区别轻重缓急，保证重点为原则，应与摄像机数量成适当比例。我认为重点部位监视器与摄像机的比例一般不小于1：3，非重点部位不小于1：8。

6供电与接地

电视监控系统应由可靠的交流回路单独供电，摄像机由控制中心集中供电，以防止突然断电影响整个系统，也为今后的工程维修及管理创造条件。

系统接地宜采用一点接地方式，接地电阻不大于4Ω，当系统采用联合接地时，接地电阻不大于1Ω。

7工程实例

某大厦建筑面积12万平方米，是集商业、酒店、公寓等多种功能为一体的综合性建筑。该大厦地下三层为各专业设备用房，停车库，地上一层至五层为营业、办公及酒店大堂，六层以上为两座二十层的塔楼，分别是公寓和酒店。

设计方案共采用了145台固定半球形彩色摄像机，主要分布在各个主出入口或电梯厅；采用3台快速

跟踪球形彩色摄像机，主要分布在一层三个门厅；采用24台固定半球形彩色摄像机，安装于电梯轿箱内；采用8台固定半球形黑白摄像机，主要分布在地下停车场出入口；采用4台快速跟踪球形彩色摄像机，主要分布在地下停车场主出入口，兼顾场内管理。

以系统的先进性、可靠性、可兼容性、可扩展性及操作方便、维护简单为原则，选用了日本ELBEX 公司的EXC500、EXC700、EXC90、EXC1000等系列的高解像度、低照度摄像机和高速云台。此类摄像机体积小，外形美观，隐蔽性好；云台具有360度无限位旋转。系统可以对每个摄像机进行1至99个报警预置，方便搜寻、捕获监视区域；为适应当地气候、环境需要，在考虑户外型全天候摄像机时，配置了全天候户外保护箱、恒温系统、雨刮、喷水器等附加设备，该摄像机还具有画中画功能，保证在变焦过程中，还可以看清整个监视范围。

系统的主机采用了ELBEX公司的EXYZ6000三维矩阵切换系统，通过同轴电缆传送视频信号。控制信号采用同轴视控方式。该主机最多可控制504台摄像机。有96路输出。系统软件可以对摄像机进行优先等级设置及按摄像机的顺序编程。另外，系统的报警接口最多可容纳1000个报警触点，能进行实时录像，视频捕获。

由于该建筑位于市中心的黄金地带，面积十分宝贵，因此尽量压缩控制中心的使用面积。为了减小电视墙的大小，设计方案采用具有世界先进技术的SONY高解像度带四画面分割的29″大屏幕监视器5台，主要监视分布在主出入口及电梯厅的145台固定半球形彩色摄像机，其余摄像机由16台10″监视器监视。

系统还采用了ELBEX EXV24实时长时间录像机，这种录像机可以在24小时内最多同时录下48个摄像机监视的图像，其中5台对整个系统画面进行压缩录像，一台录像机用来对录像带进行解压回放，做到录像查带两不误。再选用两台24h实时长延时录像机对现场画面进行跟踪录像，做到既有全局又有局部。

系统采用集中供电方式，所有电源由控制中心提供，在每个楼层设置电源箱，摄像机电源由楼层配电箱供给。

现代建筑中，完善的安全防范设施，是向金融业务楼、商业办公楼、宾馆、酒店、公寓楼等建筑内办公和居住的人们提供舒适、便利及安全保障的可靠基础。安全防范系统除闭路监控电视系统外还包括防盗报警系统、电子巡更系统、访客对讲系统和汽车库管理等。安全防范系统的模式有两种。一种是各子系统相互独立的组合模式，这种模式可能会造成子系统间大量重复的硬件设备，维修成本高，系统管理效率低，另一种是采用子系统集成的计算机综合管理模式，使各子系统建立在同一计算机网络平台上，实现硬件设备和软件资源共享，这种模式已愈来愈被人们认识并在实际工程中所采用。因此，在设计闭路监控电视系统时要综合考虑安全防范各子系统间的关系，建筑物的使用性质及功能，行业要求及将来的发展情况，统一规划系统，选择设备。

电视监控系统设备

1.摄像机

根据摄像机的性能、功能、使用环境、结构颜色等有以下分类。

(1)按性能分类

①普通摄像机：工作于室内正常照明或室外白天。

②暗光摄像机：工作于室内无正常照明的环境里。

③微光摄像机：工作于室外月光或星光下。

④红外摄像机：工作于室内、外无照明的场所。

(2)按功能分类

①视频报警摄像机：在监视范围内如有目标在移动时，就能向控制器发出报警信号。

②广角摄像机：用于监视大范围的场所。

③针孔振摄像机：用于隐蔽监视局部范围。

(3)按使用环境分类

①室内摄像机：摄像机外部无防护装置，使用环境有要求。

②室外摄像机：在摄像机外安装防护罩。内设降温风扇、遮阳罩、加热器、雨刷等。适应室外温、湿度等环境的变化。

(4)按结构组成分类

①固定式摄像机：监视固定目标。

②可旋转式：带旋转云台摄像机，可做上、下、左、右、旋转。

③球形摄像机：可做360°水平旋转，90°垂直旋转，预置旋转位置。

④半球形摄像机：吸顶安装，可做上、下、左、右旋转。

(5)按图像颜色分类

①黑白摄像机：灵敏度和清晰度高，但不能显示图像颜色。

②彩色摄像机：能显示图像颜色，灵敏度和清晰度在同种情况下比黑白摄像机低。

2.传输电缆

(1)同轴电缆用于传输短距离的视频信号，当传输黑白视频信号时，在5.5ＭＨz点不平坦度＞6ｄＢ时，需加均衡放大器。

(2)光缆当需要长距离传输视频及控制信号时，采用光缆传输。传输距离在几十公里内无需加中继器。

3.控制设备

(1)视频切换器具有画面切换输出，固定画面输出等功能。

(2)多画面分割控制器具有顺序切换、画中画、多画面输出显示回放影像，互联的摄像机报警显示，点触式暂停画面，报警记录回放，时间、日期、标题显示等功能。

(3)矩阵切换系统

①分区控制功能：对键盘、监视器、摄像机进行授权。

·键盘到监视器：设定哪些键盘可以控制哪些监视器。

·监视器到摄像机的分区：设定哪些监视器可显示哪些摄像机的图像。

·键盘到摄像机的分区：设定哪些键盘可调用哪些摄像机的图像。

·键盘到摄像机控制的分区：设定哪些键盘可控制哪些摄像机的动作。

②分组同步切换。将系统中全部或部分摄像机分成若干组，每一组摄像机可以同步地切换到一组监视器上。

③任意切换。是指摄像机的任意组合，而且任一台摄像机画面的显示时间独立可调，同一台摄像机的画面可以多次出现在同一组切换中，随时将任意一组切换调到任意一台监视器上。

④任意切换定时自动启动。任意一组万能切换可编程在任意一台监视器上定时自动执行。

⑤报警自动切换。具有报警信号输入接口和输出接口，当系统收到报警信号时将自动切换到报警画面及启动录像机设备，并将报警状态输出到指定的监视器上。

⑥报警状态自动输出系统。可将报警状态自动输出到打印机和监视器上。

⑦报警处理。报警显示：

·时序显示方式：时序显示多个报警点，每一点的显示时间独立可调。

·固定显示方式：显示第一个报警点，直到确认为止。

·双监视显示方式：多个报警点分组时序显示在一组监视器上。

·报警复位：具有手动复位、延时自动复位、报警信号消失自动复位。

⑧多个控制键盘输入接口。

⑨ＲＳ-485输出接口及控制输出接口。

(4)其它控制

①电动变焦镜头的控制。变焦镜头是在固定成像面的情况下能够连续调整焦距的镜头，它与电动旋转云台组合可以对相当广阔的范围进行监视，而且还可以对该范围内任意部分进行特写。对它的控制就是变焦、聚焦和光圈三种功能，每种有长短、远近或开闭两种控制，总计六种控制。

②云台的控制。电动旋转云台需要左右和上下四种控制，有些云台还有自动巡视功能，所以要增加云台自动控制。

③切换设备的控制。切换的控制一般要求和云台、镜头的控制同步，即切换到哪一路图像，就控制哪一路的设备。

电视监控系统还有许多高级的控制。比如现在一些把云台、变焦镜头和摄像机封装在一起的一体化摄像机，它们配有高级的伺服系统，云台可以有很高的旋转速度，还可以预置监视点和巡视路径，这样，平时可以按设定的路线进行自动巡视，一旦发生报警，就能很快地对准报警点，进行定点的监视和录像。一台摄像机可以起到几个摄像机的作用。

4.显示终端及录像机

(1)显示终端(监示器) 前端摄像机传送到终端的视频信号由监视器再现为图像。按功能的不同可分为图像监视器和电视监视器。

①图像监视器。它与电视接收机相比不含高频调谐、中频放大、检波、音频放大等电路。其特点是：视频带宽可达7～8ＭＨz，水平清晰度达500～600线以上。显像管框内的画面在水平和垂直方向的大小可以自由调整，以便于对图像的全部画面进行检查。

②电视监视器。这种监视器兼有图像监视器和电视接收机的功能。其特点是：可作为录像机的监视接收机，将广播电视信号转换为视频信号，在屏幕显示的同时送往录像机进行录像。作为录像机的录像信号重放时的图像显示设备。可以输入摄像机直接传送来的视频信号和音频信号，进行监视和监听，并同时送往记录设备录音、录像。

(2)录像机录像机的工作原理是通过磁头与涂有强磁性材料的磁带之间的作用，把视频和音频信号用磁信息方式记录在磁带上，并可将磁带上的磁信息还原为音视频电信号。

电视监视系统中一般都采用长时间录像机，它除了以标准速度进行记录和重放之外，还具有下述功能：

①以标准速度记录的图像可以用慢速度或静像方式进行重放。

②以长时间记录的图像可以用快速或静像方式重放。

电视监控系统基本结构

系统组成：

?摄像

?传输

?控制

?显示（记录）

系统功能：

?摄像部分是安装在现场的，它包括摄像机、镜头、防护罩、支架和电动云台，它的任务是对被摄体进行摄像并将其转换成电信号。

?传输部分的任务是把现场摄像机发出的电信号传送到控制中心，它一般包括线缆、调制与解调设备、线路驱动设备等。

?显示与记录部分把从现场传来的电信号转换成图像在监视设备上显示，如果有必要，就用录像机录下来，所以它包含的主要设备是监视器和录像机。

?控制部分则负责所有设备的控制与图像信号的处理。

系统规模：

?小型电视监控系统一般摄像机数量＜10个。

?中型电视监控系统一般摄像机数量在10～100个范围内。监控系统可根据管理需要设置若干级管理的控制键盘及相应的监视器。

?大型电视监控系统一般摄像机数量＞100个，它是将中型监控系统联网组合而成的，系统设总控制器和分控制器进行监控管理。