视频安防监控系统技术

第一章

视频安防监控系统的概念

第一节概念

视频安防监控系统指利用视频技术探测、监视设防区并实时显示、记录现场图像的电子系统或网络。

第二节名词解释

2.1视频video

基于目前的电视模式(PAL彩色制式，CCIR黑白制式625行，2：1隔行扫描)，所需的大约为6MHz或更高带宽的基带信号。

2.2 视频探测video detecting

采用光电成像技术(从近红外到可见光谱范围内)对目标进行感知并生成视频图像信号的一种探测手段。

2.3 视频监控video monitoring

利用视频探测手段对目标进行监视、控制和信息记录。

2.4 视频传输video transmitting

利用有线或无线传输介质，直接或通过调制解调等手段，将视频图像信号从一处传到另一处，从一台设备传到另一台设备。本系统中通常包括视频图像信号从前端摄像机到视频主机设备，从视频主机到显示终端，从视频主机到分控，从视频光发射机到视频光接收机等。

2.5 视频主机videocontroller／switcher

通常指视频控制主机，它是视频系统操作控制的核心设备，通常可以完成对图

像的切换、云台和镜头的控制等。

2.6 报警图像复核video check to alarm

当报警事件发生时，视频监控系统能够自动实时调用与报警区域相关的图像，以便对现场状态进行观察复核。

2.7 报警联动action with alarm

报警事件发生时，引发报警设备以外的其他设备进行动作(如报警图像复核、照明控制等)。

3.8 视频音频同步synchronization ofvideo and audio

指对同一现场传来的视频、音频信号的同步切换。

2.9 环境照度environmenta lillumination

反映目标所处环境明暗的物理量，数值上等于垂直通过单位面积的光通量。参见附录A。

2.10 图像质量picture quality

指能够为观察者分辨的光学图像质量，它通常包括像素数量、分辨率和信噪比，但主要表现为信噪比。

2.11 图像分辨率picture resolution

指在显示平面水平或垂直扫描方向上，在一定长度上能够分辨的最多的目标图像的电视线数。

2.12 前端设备terminal device

指分布于探测现场的各类设备，在本系统中，通常指摄像机以及与之配套的相关设备(如镜头、云台、解码驱动器、防护罩等)。

2.13 分控branch console

通常指在中心监控室以外设立的控制和观察终端设备。

2.14 视频移动报警video moving detecting

指利用视频技术探测现场图像变化，一旦达到设定阈值即发出报警信息的一种报警手段。

2.15 视频信号丢失报警video loss alarm

指视频主机对前端来的视频信号进行监控时，一旦视频信号的峰峰值小于设定值，系统即视为视频信号丢失，并给出报警信息的一种系统功能。

第七章视频安防监控系统构成

视频安防监控系统一般由前端、传输、控制及显示记录四个主要部分组成。前端部分包括一台或多台摄像机以及与之配套的镜头、云台、防护罩、解码驱动器等；传输部分包括电缆和／或光缆，以及可能的有线／无线信号调制解调设备等；控制部分主要包括视频切换器、云台镜头控制器、操作键盘、各类控制通信接口、电源和与之配套的控制台、监视器柜等；显示记录设备主要包括监视器、录像机、多画面分割器等。

图1 系统共同部分基本组成

根据使用目的、保护范围、信息传输方式、控制方式等的不同，视频安防监控系统可有多种构成模式。本标准仅对各种不同类型视频监控系统的共同部分提出了通用技术要求。各种不同的视频监控系统的共同部分的基本构成如图1所示。

图2 闭路电视监控系统图

第一节设备介绍1.1前端摄像机

海螺型红外摄像机

1.1.1红外摄像机：人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列依次为红橙黄绿青蓝紫。比紫光波长更短的光叫紫外线比红光波长更长的光叫红外线，人的肉眼是看不到红外线的。因为数码摄像机用CCD感应所有光线这就造成所拍摄影像和我们肉眼只看到可见光所产生的影像很不同。为了解决这个问题，数码摄像机在镜头和CCD之间加装了一个红外滤光镜，其作用就是阻挡红外线进入CCD,让CCD只能感应到可见光，这样就使数码摄像机拍摄到的影像和我们肉眼看到的影像相一致了。目前大多数的红外摄像机都采用LED红外发光二级管作为红外摄像机的主要材料。

1.1.2红外摄像机的原理：

在电视监控系统工程中，过去很少应用红外灯，但由于现今社会犯罪比率不断增加，红外线在夜间监视所扮演的角色更加突出，不仅金库、油库、军械库、图书文献库、文物部门、监狱等重要部门采用，而且也在一般监控系统中都被采用。甚至居民小区电视监控工程也应用了红外线摄像机。这说明人们对电视监控系统工程的要求愈来愈规范、愈来愈高。对重要的场所越来越要求做到24小时连续监控。

50米红外摄像机

实现夜视的方法，可以采用常规的可见光照明，但此法不仅不能隐蔽，反而更加暴露监控目标。隐蔽的夜视监控，目前都是采用红外摄像技术。红外摄像技术分为被动红外摄像技术和主动红外摄像技术。被动红外摄像技术是利用任何物体在绝对零度(一273℃)以上都有红外光发射的原理。由于人的身体和发热物体发出的红外光较强，其它非发热物体发出的红光很微弱，

因此，利用特殊的红外摄像机就可以实现夜间监控。被动红外摄像技术由于设备造价高且不能反映周围环境状况，因此在夜视系统中不被采用。主动红外摄像技术是利用特制的"红外灯"人为产生红外辐射，产生人眼看不见而普通摄像机能捕捉到的红外光，辐射"照明"景物和环境，利用普通低照度CCD 黑白摄像机或使用"白天彩色夜间自动变黑白"的摄像机或"红外低照度彩色摄像机"去感受周围环境反射回来的红外光，从而实现夜视功能。

红外线摄像机的原理特性

光是一种电磁波，它的波长区间从几个纳米（1nm=10-9m）到1毫米（mm）左右。人眼可见的只是其中一部分，我们称其为可见光，可见光的波长范围为380nm~780nm，可见光波长由长到短分为红、橙、黄、绿、青、兰、紫光，波长比紫光短的称为紫外光，波长比红外光长的称为红外光。通常人们将红外光划分为近、中、远红外三部分。近红外指波长为0.75～3.0微米；中红外指波长为3.0～20微米；远红外则指波长为20～1000微米。

红外灯有不同的功率及715、830nM两种波长，波长的不同决定了红外灯照明距离和效果。什么是红暴呢？红暴是由于所发射的红外线中包含可见光的成分。

红外灯按其红外光辐射机理分为半导体固体发光（红外发射二级管）红外灯和热辐射红外灯两种。一般市场上主要采用红外发射二极管的红外灯，其原理及特性我们介绍如下：由红外发光二级管矩阵组成发光体。红外发射二级管由红外辐射效率高的材料（常用砷化镓GaAs）制成PN结，外加正向偏压向PN结注入电流激发红外光。光谱功率分布为中心波长830～950nm，半峰带宽约40nm左右，它是窄带分布，为普通CCD黑白摄像机可感受的范围。其最大的优点是可以完全无红暴，（采用940～950nm波长红

外管）或仅有微弱红暴（红暴为有可见红光）和寿命长。红外发光二极管的发射功率用辐照度μW/m2表示。一般来说，其红外辐射功率与正向工作电流成正比，但在接近正向电流的最大额定值时，器件的温度因电流的热耗而上升，使光发射功率下降。红外二极管电流过小，将影响其辐射功率的发挥，但工作电流过大将影响其寿命，甚至使红外二极管烧毁。针对这一情况，富士康公司FI-930C和FI-970C在设计时充分考虑了这个问题，采用高效率发光二极管，在摄像机里面内置散热系统，使摄像机稳定工作时间达到25000小时！

1.1.3红外摄像机的演变：当彩色CCD芯片面世后，红外摄像机面临了又一次的问题。白天严重偏色！

为了解决这一问题，便在CCD上应用起了滤光片，专业术语叫(ICF)，它的作用主要是用来滤除红外线和修整光线，当时的滤光片只能让波长（380NM-780NM）的可见光进入，白天偏色的问题解决了，但晚上却无法接收到红外线，摄像机晚上就无法工作了了。

红外摄像机

于是有人开始在滤光片上做文章，让滤光片既能接收某一波长的红外线，又能滤除大部分红外线，这其实也是“关大门开小窗”的做法，有需求便会有市场，市面上出现了专让波长850NM~940NM红外线进入了滤光片，时称“双通滤光片”，双通滤光片往CCD上一粘，白天偏色不是很严重，晚上也能接收红外线，这种做法在“红界”广为流传，大家也将之称为“红外一体机”，目前市场上主要流通和应用的也是这种红外摄像机。

“红外一体机”由于白天也能让波长850NM~940NM的红外线进入，而一旦有红外线进入时，就会引起DSP运算错误，这就决定了红外一体机一

定会偏色，只是比之前较轻而已。当然，也有部分厂家具备调整芯片内部RGB色调的能力，以此来弥补DSP的运算错误。然而，冷暧色调也是“众目难调”，生产厂家只是将颜色处理得相对真实一点，事实上，“红外一体机”在偏色问题处理上，只是治标不治本。

何使得摄像机白天不偏色，晚上又能清晰接收红外线呢？很多安防企业都在思考这个问题，于是彩色日夜两用型摄像机应运而生。这种摄像机多加了一个机械装置，白天加上滤光片，晚上将之移除，换上普通的玻璃片来修整光线，就像给CCD戴上了太阳眼镜，也极像一个戴着老花眼镜的先生，在阅文写字时，目光是经过眼镜的，但在看人时，却是从镜框的上方射出目光，这也是“IR CUT”红外摄像机的雏形。

由于机械装置的耐磨性并不是很高，并且在傍晚时分，红外灯开启的临界状态时，人们总能从摄像机内部听出不断的“咔嚓咔嚓”声音，再好的原料也顶不住这样日夜的磨损，当很多摄像机镜片切换不了时，就又回到了白天严重偏色或是晚上不能看到图像的原始问题。后来的“IR CUT”摄像机经过电磁开关、继电器开关等的改良，但皆因其机械精密程度，甚至导致要改变掉滤光片的厚度，尽管在偏色问题上“IR CUT”摄像机作出过贡献，但其到目前还是无法占领市场。

市场上出现了一种红外摄像机可以做到颜色逼真，用专业术语讲叫色彩还原度高，这就是“双CCD红外摄像机”。

双CCD红外摄像机，顾名思义有两个CCD板，其实也便是两台摄像机组合在一个外壳内，并且有两个单独的摄像头，双CCD红外摄像机的原理其实很简单，只是两台摄像机拼合在同一个外壳内，利用一个光敏电阻进行切换，白天所用的一个CCD上粘有完全滤除红外线的滤光片，晚上开启的那台没有滤光片，只是普通玻璃片修整光线，它的原理等同于“IR CUT”，只是用光电转换代替了机械切换。同时，两台摄像机在一块轮流上岗，一个白班，一个晚班，能够延长摄像机的使用寿命。

红外摄像机

随着市场的推广，双CCD红外摄像机的问题也随之明显。首先，光线照度在光敏电阻设定的照度时，红外灯在临界点上会不停地开启和闪烁，而电流的切换和开启另一个CCD板成像还有几微秒的时间差，因此，在傍晚时分，光线照度处于临界点的几分钟内，这种摄像机会不停地听到电流“嘀嗒”切换声，严重时会引起没有画面。

针对这个问题，三辰科技在双CCD红外摄像机上加上一个延时电路，当接受到光线变化后，延时3秒钟再进行切换，可以消除这种现象，也从根本上解决了因光线变化不停切换的问题。

热设计，因而能达到远距离夜视（最远可达220米）和红外灯寿命长的效果。

1.2红外光的利用率和红暴问题

什么是红暴呢？红暴是由于所发射的红外线中包含可见光的成分。

红外灯可以做到完全无红暴（采用940～950nm波长红外管）或仅有微弱红暴。中路通讯公司采用美国奥克斯特（AUCSITER）红外技术，通过在保证红外灯功率的前提下，降低红外灯自身热耗，调整红外光线角度，使红外灯的有效利用率达到了90%。在红外灯的选择上，挑选波长较大（910nm）的红外灯，严格降低红暴，达到了微红暴效果。

1.3红外摄像机的起雾结霜问题

雾、霜的形成是由于空气中的饱和水蒸气遇冷凝结而成，因冷环境的强、弱分别凝结成霜和雾。红外摄像机在工作过程中，尤其是室外摄像机常常会因四季变化、昼夜温差、以及雨雪环境等原因在防护罩视窗玻璃上形成雾或霜，导致摄像机无法看清物体，直接影响监控效果。中路通讯公司通过采用先进的电子除霜电路，有效的控制腔体内的饱和水蒸气浓度，做到了自动除雾除霜。

1.4红外摄像机的视窗玻璃清洁

红外半球摄像机在雨雪天或粉尘大的环境下工作，防护罩的视窗玻璃容易出现污垢，造成摄像机视线遮挡。解决的办法通常是在防护罩上增加雨刷，通过控制雨刷清洁玻璃；另外一种办法是使用隐形雨刷视窗玻璃。与普通视窗玻璃相比，隐形雨刷视窗玻璃具有排斥水、灰尘、雪花的功能。

1.5红外摄像机的恒温

由于配置了发热量较大的红外灯，红外灯在启动后，整个工作时间段内（以12小时计）在红外半球摄像机前部会有热量集中，即腔体内前端温度偏高，如不能散热均匀定会影响摄像机等其它部件的正常工作。中路通讯公司通过设计使用具有强制散热散冷作用的自动冷暖空调，良好的解决了这一问题。

自动冷暖空调采用珀尔帖效应原理，测温控制电路可以自动调节，将防护罩内温度恒定在摄像机正常工作温度范围内，出厂时罩内温度设置在+5℃以下加热、+40℃以上致冷。实验表明该红外半球摄像机可在-40℃～+70℃（阳光直射）的室外自然环境下正常工作。

快速球摄像机

网络摄像机

○1电源接头；○2控制线接头（RJ-11）；○3视频连接头（BNC）○4附件管；○5防跌落扣件；○6上基座；○7机舱；○8半球形透明罩。

高速球摄像机是由云台及摄像机组成的。

高速球摄像机是一种智能化摄像机前端，全名叫智能高速球型摄像机，简称高速球。高速球是监控系统最复杂和综合表现效果最好的摄像机前端，制造杂、价格昂贵，能够适应高密度、最复杂的监控场合。高速球是一种集成度相当高的产品，集成了云台系统、通讯系统、和摄像机系统，云台系统是指电机带动的旋转部分，通讯系统是指对电机的控制以及对图象和信号的处理部分，摄像机系统是指采用的一体机机芯。

特点：“高速球型摄像机”一词是从国外High Speed Dome翻译过来的，有人把它叫做“快球”，还有人称它为“一体化球型摄像机”。但目前该产品的市场情况比较混乱，业界对高速球没有作出特别明确的定义，高速球与中速球、匀速球、恒速球等概念也没有明确的区分。虽然如此，业内人士普遍认同“快球”是“高速球”的简称。高速球与中速球一样，都可以变速控制，但中速球的转速为60°~120°/s;高速球的转速在120°/s以上;匀速球可以理解为恒速球或慢速球，它不可以变速控制，只能以恒速控制，转速在15°/s以下。以转速来划分高速球、中速球、匀速球的标准目前在业内已是约定俗成的作法。

高速球型摄像机是现今安防市场中高端一体化摄像设备，也是电视监控领域的宠儿。不同于传统云台搭配摄像机的方案，其中九鼎集团高速球产品是比较权威的代表之一。九鼎高速球型摄像机具有许多优点，它主要是将摄像机、电动变焦镜头、解码器、CPU处理器、非易失性存储芯片等集成于一体，密封于球型防护罩内的智能化摄像机系统。由于其外形美观、无压迫感、且不易被察觉、安装方便等众多特点，因此具有无可比拟的优势。在价格上，它的综合成本随着技术的不断进步而逐渐降低，为下一步在监控系统的大量应用提供了有利条件;在系统集成上，它最大限度地减少了在系统搭建中连接部分出现问题的几率;使用上，人性化的功能设计，快速的安装方式便于安装者的使用维护，因此，倍受用户的青睐。

安装调试与维护：球机的安装

安装高速球摄像机前应严格按照电气规范进行管线敷设，将强电与弱电信号线隔离穿敷，避免干扰。在室外空旷环境，应采取独立的外部防雷措施。球机本身也应保持良好的接地，防止静电累积等对球机产生影响。

安装时要正确接好电源线、通信线和视频线，连接时要仔细参照安装说明的要求，以确认通信方式和相应的引脚定义。一般地，设备应在施工后期安装，以避免施工现场的大量粉尘侵入球机，直接影响其使用效果和寿命。

此外，以下注意事项应予以额外重视：注意事项一：供电

为保证球机正常工作，供电电源不宜低于球机输入电压的标称值。当标称值为24VAC，电压波动不宜超出±25%。球机常见工作电压为24VAC。目前市场上存有220VAC型号球机，其实质将变压器内置于球罩，变压后给球机供电。布线时应强调强、弱电分开，以避免强电对弱电的干扰。球机内部空间有限，内置变压器使强弱电共处，从而影响弱电信号。此外，内置变压器会加重散热负担，从而增加了内置电路烧坏的可能性。

根据现场环境不同，可选择本地220VAC转24VAC，或远程变压、集中供电方式。集中供电时，应充分考虑传输线路对电能的损耗。选择输出功率较大的设备并适当提高输出电压，以承载线路压降，如选择28VAC输出给远程球机供电。

球机是否已获得足够的电力驱动?可通过万用表测试，方法是在负载(球机)开启的情况下用万用表测量球机一端电源线的电压，观测电压是否在球机许可范围内。特别需要注意的是，室外球机在加热器启动或停止时，其消耗的功率相差甚远，对室外球机供电时一定要考虑在最恶劣环境下球机所需的最大供电功率。

当市电电压波动超出+5%～-10%范围时，应设交流稳压装置。可安装UPS以提供不间断稳定电源供给。

注意事项二：接地

高速球摄像机的接地主要分为外壳接地和内部电气接地。

外壳接地主要用来防止静电积累、电气漏电等，室外球机还特别要加装外部防雷措施。一般来说，安装在立杆支架上的室外球机外壳由于旋接在金属支架上已自然形成接地保护，可不做特别处理。

球机内部的数据线和视频线都已做相应的接地处理，将球机内部的GND端与地线相连接，以确保设备有效接地。

注意事项三：地环回路

即使设备有效接地，但球机和中心设备间不同地位的零电势存在差异、电源负载存在不均衡，仍会引起接地电位差。该电位差通过同轴电缆形成的闭合回路产生电流，引起干扰，从而影响视频信号的正常传输，通常表现为图像中间有水平方向的杂波。

解决地环回路问题最有效的办法是在视频传输中增加地环隔离器。现在室内/外装球机视频信号大多仍采用同轴电缆传输，且部分球机到中心设备较远，较易形成地环回路。如采用光端机进行信号传输，则能较有效地避免地环回路的影响。

注意事项四：防水

室外球机安装必须做防水处理。

对于悬吊式安装，球机与支架旋合处存在间隙。若遇雨雪天气，水会沿缝隙渗入内部造成危害。因此，安装时应采取防水密封措施，杜绝雨水等从螺旋接口处进入。

球机安装支架的选择也相当重要，推荐选用原配支架。原配支架充分考虑了防水问题，如以倾斜度设计使球机旋接端略高。即使支架内进水也只会倒流至立柱内，而不会流人球机。因此，若用户自行制作支架应充分考虑防水因素。

支架内为何会有水滴?一般来说，白天温度较高，立杆内的水汽进入支架。夜间温度降低时，水汽就会冷凝成水滴，凝聚在支架沿壁。当支架无倾斜设计，或反方向倾斜时，水滴会沿壁流入球机，造成危害。为减少水汽进入支架，可将支架与立杆结合处用橡皮泥或硅胶等进行密封处理。

注意事项五：散热

高速球摄像机工作时的散热问题也必须要考虑。

市场上部分品牌球机无室外型号，因此不能直接应用于室外，必须加配室外护罩等配件,以使其能适应户外恶劣的或极端的温差环境。

设备调试

控制设备通过由微拨开关设置的地址码来识别球机。所以正确设置地址码，确保球机的正常通讯。以Pelco的球机为例，微拨开关可设置通讯波特率和球机的通讯地址。球机通常会兼容多种协议，如Pelco球机兼容同轴、Pelco-D、Pelco-P，不同协议间球机具备自适应功能，无需再单独设置。

SW1用来设置球机的地址信息;SW2是通信线以菊花链方式连接时设置球机的终端信息，如最远端的球机应设置为终端状态;SW3用来设置球机与控制设备间的通信波特率，所示用6、7、8号微拨开关的不同组合可以选择不同的波特率。1~5号拨码开关用来选择其它一些辅助功能。

每个球机安装完毕后应首先进行单体调试，这样可以减少全系统调试时的负担。Pelco 的球机提供RJ45接口用于单体调试。通过RJ45接口把球机与调试工具包连接起来，可以调试球机的输出图像、云台转动、镜头拉伸等。亦可进入球机菜单，进一步做初始设置。

故障排除

除了球机本身故障外，安装调试时遇到的故障多半由外部设备引起。

现象一：球机反复重启

球机反复重启通常由于供电电源功率偏低，不足以驱动球机正常工作所引起。先用万用表检测球机供电电压，必须在负载(球机)开启的情况下测量，判断是否存在供电问题。特别需要注意的是，室外球机在加热器打开和不打开时消耗的功率相差甚远，供电时一定要考虑球机的最大功率，保证供电设备足够驱动球机正常工作。

现象二：视频滚动

球机视频图像在监视器不断滚动，此种现象大多由视频同步问题引起。24VAC球机大多根据交流电源中的相位进行自动同步，可调出球机菜单，选择相位自动同步功能。若因电源相位导致自动同步失效，则可在球机菜单中手动设置相位值来解决同步问题。

现象三：控制乱码

当高速球摄像机出现无规则旋转时，首先检查中心设备是否出现误操作，然后检查球机菜单是否启动了随机扫描模式。若以上步骤均正常，则大多由于数据通信线路受干扰而不间断发送乱码信息所致。干扰主要来自传输路径上的电磁干扰，而光端机在光电还原时也可能出现偏差。