透视监控摄像机技术 专家看安防产业发展

      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图像传感器的监控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。监控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。

监控摄像机技术基础

　　监控摄像机具有黑白和彩色之分，由于黑白监控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监控摄像机仍具有较高的市场占有率。

　　监控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。应注意镜头与监控摄像机的接口，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接口监控摄像机上旋入时极有可能损坏监控摄像机的CCD芯片)。

　　安装镜头时，首先去掉监控摄像机及镜头的保护盖，然后将镜头轻轻旋入监控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监控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，关闭监控摄像机上电子快门及逆光补偿等开关，将监控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监控摄像机，最好配接自动光圈镜头并作监控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监控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，则监控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，此时的监控摄像机的成像就可能是昏暗一片了。

　　监控摄像机技术参数

　　(1)色彩

　　监控摄像机有黑白和彩色两种，通常黑白监控摄像机的水平清晰度比彩色监控摄像机高，且黑白监控摄像机比彩色监控摄像机灵敏，更适用于光线不足的地方和夜间灯光较暗的场所。黑白监控摄像机的价格比彩色便宜。但彩色的图像容易分辨衣物与场景的颜色，便于及时获取、区分现场的实时信息。

　　(2)清晰度

　　分为水平清晰度和垂直清晰度两种。垂直方向的清晰度受到电视制式的限制，有一个最高的限度，由于我国电视信号均为PAL制式，PAL制垂直清晰度为400行。所以摄像机的清晰度一般是用水平清晰度表示。水平清晰度表示人眼对电视图像水平细节清晰度的量度，用电视线TVL表示。

　　过去选用黑白监控摄像机的水平清晰度一般应要求大于500线，彩色监控摄像机的水平清晰度一般应要求大于400线。

　　目前，高清监控摄像机已经达到1080P。

　　(3)照度

　　单位被照面积上接受到的光通量称为照度。Lux(勒克斯)是标称光亮度(流明)的光束均匀射在lm2面积上时的照度。监控摄像机的灵敏度以最低照度来表示，这是监控摄像机以特定的测试卡为摄取标，在镜头光圈为0.4时，调节光源照度，用示波器测其输出端的视频信号幅度为额定值的10%，此时测得的测试卡照度为该摄像机的最低照度。所以实际上被摄体的照度应该大约是最低照度的10倍以上才能获得较清晰的图像。

　　目前一般选用黑白监控摄像机的最低照度，当相对孔径为F/1.4时，最低照度要求选用小于0.1Lux;选用彩色监控摄像机的最低照度，当相对孔径为F/1.4时，最低照度要求选用小于0.2Lux。

　　(4)同步

　　要求监控摄像机具有电源同步、外同步信号接口。对电源同步而言，使所有的摄像机由监控中心的交流同相电源供电，使监控摄像机场同步信号与市电的相位锁定，以达到摄像机同步信号相位一致的同步方式。

　　对外同步而言，要求配置一台同步信号发生器来实现强迫同步，电视系统扫描用的行频、场频、帧频信号，复合消隐信号与外设信号发生器提供的同步信号同步的工作方式。
　系统只有在同步的情况下，图像进行时序切换时就不会出现滚动现象，录、放像质量才能提高。

　　(5) 电源

　　监控摄像机电源一般有交流220V，交流24V，直流12V，可根据现场情况选择摄像机电源但推荐采用安全低电压。选用12V直流电压供电时，往往达不到摄像机电源同步的要求，必须采用外同步方式，才能达到系统同步切换的目的。

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      (6) 自动增益控制(AGC)

　　所有摄像机都有一个将来自CCD的信号放大到可以使用水准的视频放大器，其放大量即增益，等效于有较高的灵敏度，可使其在微光下灵敏，然而在亮光照的环境中放大器将过载，使视频信号畸变。为此，需利用摄像机的自动增益控制(AGC)电路去探测视频信号的电平，适时地开关AGC，从而使摄像机能够在较大的光照范围内工作，此即动态范围，即在低照度时自动增加摄像机的灵敏度，从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。

　　(7)白平衡

　　白平衡只用于彩色摄像机，其用途是实现摄像机图像能精确反映景物状况，有手动白平衡和自动白平衡两种方式。

       A) 自动白平衡

　　连续方式--此时白平衡设置将随着景物色彩温度的改变而连续地调整，范围为2800~6000K。这种方式对于景物的色彩温度在拍摄期间不断改变的场合是最适宜的，使色彩表现自然，但对于景物中很少甚至没有白色时，连续的白平衡不能产生最佳的彩色效果。 按钮方式--先将摄像机对准诸如白墙、白纸等白色目标，然后将自动方式开关从手动拨到设置位置，保留在该位置几秒钟或者至图像呈现白色为止，在白平衡被执行后，将自动方式开关拨回手动位置以锁定该白平衡的设置，此时白平衡设置将保持在摄像机的存储器中，直至再次执行被改变为止，其范围为2300~10000K，在此期间，即使摄像机断电也不会丢失该设置。以按钮方式设置白平衡最为精确和可靠，适用于大部分应用场合。

　　B) 手动白平衡

　　开手动白平衡将关闭自动白平衡，此时改变图像的红色或兰色状况有多达107个等级供调节，如增加或减少红色各一个等级、增加或减少兰色各一个等级。除次之外，有的摄像机还有将白平衡固定在3200K(白炽灯水平)和5500K(日光水平)等档次命令。

　　(8)电子快门

　　在CCD摄像机内，是用光学电控影像表面的电荷积累时间来操纵快门。电子快门控制摄像机CCD的累积时间，当电子快门关闭时，对NTSC摄像机，其CCD累积时间为1/60秒;对于PAL摄像机，则为1/50秒。当摄像机的电子快门打开时，对于NTSC摄像机，其电子快门以261步覆盖从1/60秒到1/10000秒的范围;对于PAL型摄像机，其电子快门则以311步覆盖从1/50秒到1/10000秒的范围。当电子快门速度增加时，在每个视频场允许的时间内，聚焦在CCD上的光减少，结果将降低摄像机的灵敏度，然而，较高的快门速度对于观察运动图像会产生一个"停顿动作"效应，这将大大地增加摄像机的动态分辨率。

　　(9)背景光补偿

　　通常，摄像机的AGC工作点是通过对整个视场的内容作平均来确定的，但如果视场中包含一个很亮的背景区域和一个很暗的前景目标，则此时确定的AGC工作点有可能对于前景目标是不够合适的，背景光补偿有可能改善前景目标显示状况。 当背景光补偿为开启时，摄像机仅对整个视场的一个子区域求平均来确定其AGC工作点，此时如果前景目标位于该子区域内时，则前景目标的可视性有望改善。

　　(10)宽动态

　　宽动态技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色而运用的一种技术。

　　解决方法就是用一颗CCD，但是上面的每一点在单一时间内曝光两次，一次长曝光(低快门)，一次短曝光(高快门)，所以每一点都有两个数据输出，就叫”双输出CCD”，正因为每点有两个数据输出，总资料量就比一般CCD多了一倍，因此传输的速度得大上一倍才能把资料搬出来，所以又叫”双速CCD(Double Speed CCD)。

　　就这样了! 双输出CCD 扔出一个长曝光及短曝光的讯号给DSP，DSP去运算再加总，所谓”宽动态摄像机”就出来了。

监控摄像机格局看安防产业

　　为了便于分析，我们把生产监控摄像机企业分成了4类：1、生产基本机型，包括板机、枪机、球机、半球的监控摄像机企业;2、主要生产由监控摄像机派生出的红外机、网络机的企业;3、主要生产为某一特定行业应用的专业监控摄像机的企业;4、主要为监控摄像机生产配套镜头、红外灯、云台、防护罩的企业。由于情况比较复杂，第一类企业中有不少也在生产第二、第三类产品，但是这两类产品的比重较低。第四类企业也有生产摄像机、红外机产品的，但比重都不大，而以镜头、红外灯、云台等关键配件为主。第一类企业共612家，第二类企业177家，第三类企业60家，第四类企业91家。下面我们将这四类企业的情况进行简单的归纳。

　　第一类是生产基本机型的监控摄像机企业，基本机型主要包括板机、一体机、枪机、球机、半球这几个小类。

      板机是数码产品的专有名词之一，监控板机又称组装机、并装机，主要是以并装为主，一般是买来主板(装有成像器件、图像处理芯片及相关元器件等)和并装零件再组装成成品机. 板机主要是由成像器件或图像处理芯片生产厂提供，国内也有一些生产厂制造板机，如深圳东日盈、鸿泰、视信科技等。

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      一体化摄像机简称一体机，来源于家用摄录一体机。对于一体化摄像机安防业内一直以来有几种不同的理解，有指半球型一体机、快速球型一体机、结合云台的一体化摄像机和镜头内建的一体机等。严格来说，快速球型摄像机、半球型摄像机与特指的一体机不是一个概念，现在通常所说的一体化摄像机应专指镜头内建、可自动聚焦的一体化摄像机。它将分立的摄像机机芯、电动变焦镜头、全方位云台、防护罩和解码器等5个独立的部分有机地结合为一个整体，其电源、视频、控制信号均有直接插口，以运行的平滑稳定及连续而著称，有时也被称为一体化监控定位系统。一体机主要配套电教投影机和智能球机使用。由于一体机在监控领域主要配套于高档球机，技术指标比较先进，一些监控厂家也争先恐后地把自己生产的红外机、网络机称为红外一体、网络一体机，而这些摄像机中有的根本就没有电动变焦镜头，这是一种炒作概念的夸大宣传。国内也有一些厂家生产一体机，如宏天智、万佳安、翔飞、锐达视、海康等。

　　国内生产枪机、半球、球机的企业非常多，但是大多数是组装厂。高速球属于监控摄像机的高端产品，值得一提的是国内一些厂的高速球达到了较高水平，比如艾立克、明景、维多、天地伟业、亚安、嘉杰等。

　　第二类是主要生产由监控摄像机派生出的红外机、网络机的企业。

　　随着监控产品应用领域的扩大，特别是平安城市建设的推动，日夜两用摄像机成为市场的宠儿。日夜两用摄像机可以进一步分为彩转黑(黑白)超低照度摄像机、普通红外摄像机、阵列式红外摄像机、激光红外摄像机、热成像仪(被动红外摄像机)几类。由于日夜两用摄像机由几种红外摄像机占据了绝大部分市场，大多数人已经将这两个概念合二而一了。

　　彩转黑(黑白)超低照度摄像机虽然在日夜两用摄像机中所占比例不大，但其技术含量很高，特别是其中应用了图像增强技术的微光夜视摄像机。国内已有深圳紫光积阳、北京太和紫金、北京紫晶视讯、上海(交大)学子科技创业几家企业能够生产微光夜视摄像机。

　　大多数摄像机生产厂都在做红外摄像机。目前国内红外摄像机的主流是主动红外摄像机。普通LED红外摄像机普遍存在的问题是图像质量较低，日夜图像质量不能兼顾、红外灯寿命短等。国内一些企业采用了一些技术措施之后，技术水平与质量均有很大提高。深圳三辰科技、捷高、北京景通志达、南京振谷光电的产品都很不错。

　　九十年代末期开始出现发光效率达到25%的LED Array阵列集成技术，可大大提高红外灯的水平，这种新型的红外灯具有亮度高、体积小、寿命长的特点，半功率照射角度为10度-120度可调，因此配套的摄像机可以在夜间获得较好的图像，其不足之处一是价格较高，二是由于对整体红外摄像机技术要求较高，部件之间配合要好，否则质量不易保证。常州明景、深圳通宝莱、天津亚安、北京港湾网络的阵列式红外摄像机质量较好。

　　红外激光在监控摄像机夜间照明领域中应用的最大优势在于激光具有很高的发光效率、发光强度和方向性，半导体激光的电光转换效率最高可达80%，大大的降低了能耗，增加了照明距离。红外激光器由于采用金属封装和专用电源，可以通过先进的半导体温控技术使得产品始终在设定的合理温度下工作，寿命能够较好地得到保证。红外激光照明设备与配有长焦距镜头的摄像机组合，可以较好地实现夜间远距离监控。由于工艺比较复杂、产量比较低，目前红外激光照明器的价格还是比较高。国内已有多家企业在生产激光红外摄像机，如明景、深圳紫光积阳、北京紫晶视讯、西安欧益光电等。

　　被动红外摄像机(红外热成像仪)是夜间监控的另一选择。其优势是受气候环境影响小、探测距离较远、易于发现目标、隐蔽性能好，缺点是价格高、成像的清晰度较差。由于技术的进步和市场的扩大，产品价格下降较快。国内能够生产红外热成像仪的企业较多，如浙江大立、昆明北方红外、武汉高德红外、航天海鹰、广州飒特电力红外技术、重庆伟联、山东神戎电子、深圳傲润特、亚安、明景、杭州龙盾科技等，不过只有前面4、5家掌握了其中的关键技术。

　　国内能够生产各种网络摄像机的企业很多，大多数是买来摄像机之后加上压缩板卡和自己的标牌，这类企业不少是原来生产板卡、DVR、视频服务器、视频传输设备的厂家。由于企业众多，就不一一举例了。