监控摄像机技术与应用

2010-04-06 13:56:00 来源:IT168
技术/方案频道文章B

[摘要] 随着视频监控在民用领域的使用越来越广泛,应用的环境也越来越复杂,其中一个最重要的应用要求就是24小时不间断监控。由于彩色成像一般需要较高的亮度,而实际环境不一定能够满足这个要求,所以摄像机低照度技术(也叫夜视技术)就相应地出现了。由于监控需求不同,因此也就出现了不同的应用技术。面对众多的摄像机产品,用户该用什么方法来进行监控摄像机的测试呢?本文为大家讲解其常识问题。

在线快3平台—大发快3平台知识网】随着视频监控在民用领域的使用越来越广泛,应用的环境也越来越复杂,其中一个最重要的应用要求就是24小时不间断监控。由于彩色成像一般需要较高的亮度,而实际环境不一定能够满足这个要求,所以摄像机低照度技术(也叫夜视技术)就相应地出现了。由于监控需求不同,因此也就出现了不同的应用技术。面对众多的摄像机产品,用户该用什么方法来进行监控摄像机的测试呢?本文为大家讲解其常识问题。

  监控摄像机的使用常识

  摄像机是获取监视现场图像的前端设备,它以面阵CCD图像传感器为核心部件,外加同步信号产生电路、视频信号处理电路及电源等。近年来,新型低成本MOS图像传感器有了较快速的发展,基于MOS图像传感器的摄像机已开始被应用于对图像质量要求不高的可视电话或会议电视系统中。由于MOS图像传感器的分辨率和低照度等到主要指标暂时还比不上CCD图像传感器,因此,在监控系统中使用摄像机仍为CCD摄像机。

  摄像机具有黑白和彩色之分,由于黑白摄像机具有高分辨率、低照度等优点,特别是它可以在红外光照下成像,因此在电视监控系统中,黑白CCD摄像机仍具有较高的市场占有率。顺便指出,在列出的闭路电视监控器材清单中的摄像机通常都是不带镜头的(一体化摄像机除外),因此在实际应用中,应根据监控现场的实际环境及用户要求,为摄像机配合适的镜头摄像机的使用很简单,通常只要正确安装镜头、连通信号电缆,接通电源即可工作。但在实际使用中,如果不能正确地安装镜头并调整摄像机及镜头的状态,则可能达不到预期使用效果。应注意镜头与摄像机的接口,是C型接口还是CS型接口(这一点要切记,否则用C型镜头直接往CS接口摄像机上旋入时极有可能损坏摄像机的CCD芯片)。

  安装镜头时,首先去掉摄像机及镜头的保护盖,然后将镜头轻轻旋入摄像机的镜头接口并使之到位。对于自动光圈镜头,还应将镜头的控制线连接到摄像机的自动光圈接口上,对于电动两可变镜头或三可变镜头,只要旋转镜头到位,则暂时不需校正其平衡状态(只有在后焦聚调整完毕后才需要最后校正其平衡状态)。

  调整镜头光圈与对焦 关闭摄像机上电子快门及逆光补偿等开关,将摄像机对准欲监视的场景,调整镜头的光圈与对焦环,使监视器上的图像最佳。如果是在光照度变化比较大的场合使用摄像机,最好配接自动光圈镜头并作摄像机的电子快门开关置于OFF。如果选用了手动光圈则应将摄像机的电子快门开关置于ON,并在应用现场最为明亮(环境光照度最大)时,将镜头光圈尽可能开大并仍使图像为最佳(不能使图像过于发白而过载),镜头即调整完毕。装好防护罩并上好支架即可在以上调整过程中,若不注意在光线明亮时将镜头的光圈尽可能开大,而是关得比较小,则摄像机的电子快门会自动调在低速上,因此仍可以在监视器上形成较好的图像;但当光线变暗时,由于镜头的光圈比较小,而电子快门也已经处于最慢(1/50s)了,此时的成像就可能是昏暗一片了。[nextpage]

  数字慢快门技术

  数字慢快门技术(digital slow shuttle),实际上它并不是一种快门,只是它的功能在某种程度上类似于快门而已,快门(shuttle)和光圈(IRIS)都是摄像机上控制光线通过镜头,达到光捕捉效果的一个部件。也可以这样理解,光圈是光线通过镜头时能够进入的一个孔,孔的大小就是光圈的大小,孔越大,相同情况下通过的光就越多,而快门是掌握光圈开关的部分,控制光圈是处于一直开启状态还是按照一定时间间隔定时开关。

  我们知道,根据人眼的视觉暂留特性,为了确保看到的图像是连续的,PAL制电视信号的标准是25帧/秒隔行扫描,就是说,每一秒种经过我们眼前的图像实际是由25个画面构成的连续画面,在拍摄目标的时候,每隔1/25秒,一个点才能够被扫描到一次,因为是隔行扫描,每2个场才能构成一个帧,所以每1秒钟,PAL制的图像是50场,1场的时间就是快门的间隔,每一秒钟,快门必须要工作50次,才能确保输出的图像是50场/秒的PAL制图像,所以PAL制的最低快门速度是1/50秒(此时光圈实际上是一直打开的),实际应用中,因为环境中光线可能会很强,这个时候可能会需要控制进光量,就需要控制快门速度,速度越快时,光线能够进入的时间就越少,进光量就越少,相对来说,图像就会显得比较暗,反之快门速度越慢,图像就会越亮,当光线照度不足时,即使使用1/50秒图像仍然不够亮,这就需要运用其他技术了。根据光学理论,光是可以叠加的,虽然在很暗的环境下每个点要1/25秒后才能被扫描到1次,被扫描的时间也非常短,其亮度非常弱,如果把前后一段时间内该点的亮度都保存并叠加后再输出的话,这个点就可以变亮了。所以数字慢快门的技术原理就是按照要求把相应一段时间内的多个影像叠加后再输出,以此来提高信号强度。

  这种技术因为不需要对外部环境进行任何变化,所以在满足监控要求的条件下可以说是最理想的方案,但是这种技术实际上能够应用的范围是非常窄的,因为实现逐点累加的前提是同一个点不同时间的亮度累加,而一旦拍摄的物体发生变化或者移动的时候,前后两个时间在一起累加的可能并不是同一个像素点,这样在整体图像上移动物体就会出现“拖影”现象,如果物体移动过快而帧累积时间过长的话,移动物体甚至会变成虚影。所以,帧累积技术一般应用于在弱光环境中监控静止的场景。

  彩色转黑白技术

  在光线不够的时候将图像切换为黑白图像,去掉色载波和色同步干扰,并且将AGC加大,在一定程度上能够提高低可视光环境下的图像质量,但是这种方案能够解决的也只是部分非常特殊的环境,不能解决弱光环境,而且能够提升的图像质量也非常有限,一般此技术都要和其他技术配合使用。

  在一定的光源条件,利用线路切换的方式将图像由彩色转为黑白。在彩色/黑白线路转换的技术演进过程中,早期曾采用2颗感光元件Sensor(1颗彩色、1颗黑白)共用一组电路再行切换,目前此类摄像机已采用单一CCD(彩色)设计,在白天或光源充足时为彩色摄像机,当夜晚降临或光源不足时(一般在1LUX?3LUX)即利用数字电路将彩色信号消除掉,成为黑白图像,此种作法虽可在夜晚达到“低照度”的目的,白天却有图像模糊,色彩不自然的缺点。

  被动红外成像技术

  被动红外成像技术的应用前提是光捕捉器件除了要能采集可见光信号以外,还要能够采集到红外信号,并且信号处理能够将原红外信号处理成灰度信号(就说常说的黑白信号)。黑白摄像机都能够实现这一功能并且灵敏度非常高。目前所有基于数字处理技术的摄像机也都能够完成这个工作,但是由于还有可见光环境下的彩色成像,矛盾也开始出现了。在处理彩色信号的时候,因为DSP处理都需要将视频信号分离成灰度信号和色度(或者色差)信号进行分别处理,而红外信号本身是人眼不可见的,但是在光捕捉器采集和DSP处理之后已经变成了人眼可以识别的灰度信号,两个灰度信号(可见光和红外光的)进行叠加,必然会使图像在进行灰度和色度合成的时候无法按照理想的情况进行合成,这将会造成图像的灰度和色度失真,最典型的例子就是如果红外光过强,会使得整个图像发灰。目前关于被动红外成像在视频监控中的主要方案有以下四种:

  1、纯彩色摄像机,这种方案是阻止被动红外成像,也就是避免红外线进入,其使用光低通滤波器(OPLF:Optical Low Filter,即通常所说的低通滤光片,图1为其光通率与波长的关系,可以看出其基本不吸收和反射可见光,但基本完全隔离红外光)直接将红外线挡住,这样图像会基本不受红外信号的影响。这样做的目的是避免使用红外成像。

  2、完全不管红外信号对图像彩色情况下的影响使用可大量通过红外线的滤色片,这是一种低成本的方案,在被动红外成像方面的效果也比较好,但是很容易出现上面说的在彩色模式下的色度和灰度失真问题。

  3、只让特定红外光比如850nm通过,其他大部分红外光不能通过,这就是单滤光片感应红外型摄像机的原理,其主要技术依据是采用了不同于彩色摄像机的滤色片。

  这样的方案可以在一定程度上解决彩色偏色的问题,并且也能够使用在没有可见光而使用红外成像的场合。但是这个方案也存在一些问题,在日光充足的时候,红外信号非常丰富,会造成图像颜色和灰度失真。而在使用红外成像的时候,也因为只有极窄频率的红外光能够通过而使成像并不敏感,所以这类摄像机一般使用在室内30米直径以内的区域。[nextpage]

  4、在可见光较强的时候采用OPLF,将大部分红外光挡住,确保其颜色还原和灰度信号的真实,而在可见光较弱的时候不使用OPLF,而使用可以使绝大部分可见光和红外光都可以通过的高通滤波器,因为主要依靠红外光成像,是灰度信号,所以这个时候一般都会把彩色成分去掉,只保留灰度信号,所以看到的就只是灰度图像即我们所说的黑白图像。

  这种方案实际上结合了彩色摄像机在可见光较好情况下的优点和黑白摄像机在低照度下的优点,可以说是目前解决全天候、光线变化很大的环境下监控的最佳方案。在自然光线下真实的颜色还原和无可见光下高灵敏的被动红外成像,其静态效果甚至能够和某些采用同样技术并加入4倍DSS感光技术的一体机媲美。

  虽然使用被动红外成像能够较好地解决无可视光和监控之间的矛盾,但是因为红外线和可见光的光学差异,其中也有一些需要解决的问题,光学主要介质玻璃对两种光波的折射率不同会造成光学组件的焦距不同,所以很容易使聚焦出现问题,不过这些问题已经在不断的使用和改进中得到相应的解决。随着被动红外成像技术的不断成熟和广泛应用,使得监控效能大大提高,人们的生活将会得到更加可靠的保障。

  监控摄像机测试步骤及使用方法

  测试监控摄像机主要测试晰度和色彩还原性、照度、逆光补偿,其次是测其监控摄像机失真、耗电量、最低工作电压,下面先把清晰度和色彩还原性以及照度、逆光补偿的测量步骤先介绍一下。

  1 .清晰度的测量:多个监控摄像机进行测试时,应使用相同镜头,(推荐使作定焦、二可变镜头),以测试卡中心圆出现在监视器屏幕的左右边为准,清晰准确的数出已给的刻度线共 10 组垂直线和 10 组水平线。分别代表着垂直清晰度和水平清晰度,并相应的一组已给出了线数。如垂直 350 线水平 800 线,此时最好用黑白监视器。测试时可在远景物聚焦,也可边测边聚焦。最好能两者兼用,可看出此摄像机的差异(对远近会聚)。

  2 .监控摄像机彩色还原性的测试:测试此参数应选好的彩色监视器。首先远距离观察人物、服饰,看有无颜色失真,拿色彩鲜明的物体对比,看监控摄像机反应灵敏度,拿彩色画册放在监控摄像机前,看画面勾勒得清晰程度,过淡或过浓,再次应对运动的彩色物体进行摄像,看有无彩色拖尾、延滞、模糊等。测试条件如此摄像最代照度在 50V 时应在 50+10V 照度情况下测量,即每监控摄像机最代照度基础上加十伏,且光圈应保持最接近状态。

  3 .照度:将监控摄像机置于暗室,暗室前后为有源 220V 自炽灯,处设调压器,以调压器调节电压高代来调节暗室内灯的明暗,电压可以从 0V 调到 250V 。室内光照也可从最暗调至最明,测试时把摄像机光圈均开至最大时记录下一个最低照度值(把有源灯用调压器调暗至看不清暗室内置画面)再把光圈打至最小再记录下一个最低照度值,也可前后灯分别调压明灭。

  4 .监控摄像机逆光补偿:测试此参数有两种方法:一种是在暗室内,把摄像机前侧调压灯打开,调至最亮时,然后在灯的下方放置一图画或文字,把监控摄像机迎光摄像,看图像和文字能否看清,画面刺不刺眼,并调节 AL 、 AX 拔档开关,看有无变化,哪种效果最好。另一种是在阳光充足的情况下把摄像机向窗外照,此时看图像和文字能否看清楚。

  5 .监控摄像机失真:看监控摄像机失真把测试卡置于摄像机前端使整个球体出现在屏幕上,看圆球形有无椭圆,把摄像机前移,看圆中心有无放大,再远距离测试边、角、框有无弧形失真等。

  6 .监控摄像机耗电量:最低工作电压,使用万用表测量电流,使用小稳压器调节电压看。

  安全防范系统中,图像的生成当前主要是来自CCD摄像机,CCD是电荷耦合器件(charge coupled deice)的简称,它能够将光线变为电荷并将电荷存储及转移,也可将存储之电荷取出使电压发生变化,因此是理想的摄像机元件,以其构成的CCD摄像机具有体积小、重量轻、部受磁场影响、具有抗震东和撞击之特性而被广泛应用。

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[责任编辑:曹雪芹]

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