闭路电视监控系统设计

1 概述：闭路电视监控系统作为安全防范系统的重要组成部分，具有事前预警，事后防范的功能，通过与周界防范系统和门禁等安防系统的联动，可获取更好的效果。
因为闭路电视监控系统的重要性，被广泛应用于银行、高速公路、机场、小区、大厦、学校、医院、家庭等场所。本文侧重于小区和大厦闭路电视监控系统的建设。

2 系统组成
        闭路监控系统一般由三部分组成：前端设备、传输部分、后端设备（包括控制设备和现实设备）。

2.1 前端设备
       前端设备主要包括摄像机、镜头、防护罩、支架、立柱、云台、解码器（也可以归入后端）、变压器、后备电源（也可以归入后端）等。
前端设备的合理选型会直接影响到系统的效果，尤其是摄像机的合理配置，要能够因地制宜。在后文有详述。

2.2 传输部分
        传输部分主要包括视频线、音频线、控制线和电源线。

        视频线可以选用同轴电缆（距离在1000米以内）或光缆（距离超过1000米），如选用同轴电缆，距离超过350米（大约值），还需要增加视频放大器；如选用光缆，前端设备增加光发射机，后端设备增加光接收机。

2.3 后端设备
        后端设备主要包括矩阵、画面处理器、硬盘录像机、普通录像机、监视器、显示器、云台控制器、大型不间断电源，电视墙、操作台等设备。

        后端画面处理设备可以任选矩阵、画面处理器、硬盘录像机，也可以混排，区别在后文有详述。显示设备zui少需要电视墙，也可以电视墙结合显示器，目前出现了新的显示趋势，就是采用DLP拼接大屏。录像设备目前多采用硬盘录像机，传统的录像带已被逐渐代替。

3 系统设计
        本文将根据闭路电视监控系统的组成来讨论如何设计。

3.1 前端

3.1.1 摄像机的选择
         CCD摄像机大致可分为下列几大类：
1. 依成像色彩划分
依成像色彩划分为：
彩色摄像机：适用于景物细部辨别，如辨别衣着或景物的颜色。因有颜色而使信息量增大，信息量一般认为是黑白摄像机的10倍；及
黑白摄像机：是用于光线不足地区及夜间无法安装照明设备的地区，在仅监视景物的位置或移动时，可选用分辨率通常高于彩色摄像机的黑白摄像机。
现在的闭路监控系统逐渐用彩色代替黑白摄像机，尤其是在数字化系统中，笔者建议如果资金充足的话，彩色的系统整体效果好，有利于宣传和图像识别。

2. 依摄像机分辨率划分
        按照摄像机的分辨率划分为：
        影像像素在25万像素（pixel）左右、彩色分辨率为330线、黑白分辨率400线左右的低档型；影像像素在25万~38万之间、彩色分辨率为420线、黑白分辨率在500线上下的中档型；及影像在38万点以上、彩色分辨率大于或等于480线、黑白分辨率，600线以上的高分辨率。在闭路监控系统中，大多数系统选用420线以上的摄像机，如果需要清晰的无闪烁的画面质量，建议采用480线以上的摄像机。

3. 依摄像机灵敏度划分
按照摄像机的灵敏度划分为：
普通型：正常工作所需照度为1~31x；
月光型：正常工作所需照度为0.1x左右；
星光型：正常工作所需照度为0.01x以下；及
红外照明型：原则上可以为零照度，采用红外光源成像。

        照度的选择对闭路监控系统来说非常重要，普通型摄像机用于白天和照度较高的地方，月光型摄像机用于照度不高但光线较好的地方（比如晚上有高照度的路灯），星光型摄像机用于有路灯或光源但光线较暗的场所，红外照明型摄像机用于无光源或照度非常低的场所。

4. 按摄像元件的CCD靶面的大小划分
lin靶面尺寸为宽12.7mmX高9.6mm,对角线16mm；
2/3in靶面尺寸为宽8.8mmX高6.6mm,对角线11mm；
1/2in靶面尺寸为宽6.4mmX高4.8mm,对角线8mm；
1/3in靶面尺寸为宽4.8mmX高3.6mm,对角线6mm；
1/4in靶面尺寸为宽3.2mmX高2.4mm,对角线4mm；及
1/5in正在开发之中，尚未推出正式产品。

        目前可随意配置镜头的摄像机多选用1/3”in CCD的摄像机，一些一体化半球、高速球及部分摄像机采用其他尺寸的CCD。

5. 按照制式划分
        按照制式划分为：
        PAL制式：大多数欧洲国家、澳洲以及中美和南美部份地区，采用的是逐行倒相制式（PAL）标准，每秒25个画面，625行。我国采用的是此种标准；及NTSC制式：全国电视系统委员会 （NTSC） 为美国、加拿大、日本以及中美和南美部份地区的商业电视广播制定标准时，规定每秒30个画面，显示525行。 

         我国采用的是PAL制式，但市面上大部分摄像机均支持PAL/NTSL制式两种，可随意选用。

3.1.2 镜头的选择
1. 镜头的种类
镜头按照应用场合分为：
广角镜头：视角90度以上，观察范围较大近处图像有变形；
标准镜头：视角30度左右，使用范围较广；
长焦镜头：视角20度以内，焦距可达几十毫米或上百毫米；
变焦镜头：镜头焦距连续可变，焦距可以从广角变到长焦，焦距越长则成像越大；及
针孔镜头：用于隐蔽观察，经常被安装在如天花板或墙壁等地方。
一般来说，选用标准镜头，特别场合根据实际情况选用其他镜头，在配置云台的摄像机多配置变焦镜头，在电梯内采用针孔镜头。

2. 被摄物体的大小、距离与焦距的关系
         假设被摄物体的宽度和高度分别为W、H，被摄物体与镜头间的距离为L，镜头的焦距为F。

3. 相对孔径
         为了控制通过镜头的光通量的大小，在镜头的后部均设置了光圈。假定光圈的有效孔径为d，由于光线折射的关系，镜光实际有效的有效孔径为D，比d大，D与焦距f之比定义为相对孔径A，即A=D/f，镜头的相对孔径决定被摄像的照度，像的照度与镜头的相对孔径的倒数来表示镜头光圈的大小。F值越小，光圈越大，到达CCD芯片的光通量就越大。所以在焦距f相同的情况下，F值越小，表示镜头越好。

4. 镜头的焦距
定焦距：焦距固定不变，可分为有光圈和无光圈两种。
有光圈：镜头光圈的大小可以调节。根据环境江照的变化，应相应调节光圈的大小。光圈的大小可以通过手动或自动调节，人为手工调节光圈的，称为手动光圈。镜头自带微型电机自动调整光圈的，称为自动光圈；及
无光圈：即定光圈，其通光量是固定不变的。主要用于光源恒定或摄像机自带电子快门的情况。
变焦距：焦距可以根据需要进行调整，使被摄物体的图像放大或缩小。
常用的变焦镜头为六倍、十售变焦。
三可变和二可变镜头
三可变镜头：可调焦距、调聚焦、调光圈。
二可变镜头：可调焦调、调聚焦、自动光圈。

5. 先配镜头原则
        为了获得预期的摄像效果，在选配镜头时，应着重注意六个基本要素：
被摄物体的大小；
被摄物体的细节尺寸；
物距；
焦距；
CCD摄像机靶面的尺寸；及
镜头及摄像系统的分辨率。

3.1.3 摄像机护罩
         防护罩是监控系统中重要的组件。它是使摄像机在有灰尘、雨水、高低温等情况下正常使用的防护装置。

        防护罩一般分为两类：
室内用防护罩：这种防护罩结构简单，价格便宜。其主要功能是防止摄像机落灰并有一定的安全防护作用，如防盗、防破坏等；及室外用防护罩，这种防护罩一般为全天候防护罩，即无论刮风、下雨、下雪、高温、低温等恶劣情况，都能使安装在防护罩内的摄像机正常工作。因而这种防护罩具有降温、加温、防雨、防雪等功能。同时，为了在雨雪天气仍能使摄像机正常摄取图像，一般在全天候防护罩的玻璃窗前安装有可控制的雨刷。目前较好的全天候防护罩是采用半导体器件加温和降温的防护罩。这种防护罩内装有半导体元体，既可自动加温，也可自动降温，并且功耗较小。
另外，还有半球形、球形防护罩，这种防护罩内置万向可调支架，造型美观。

3.1.4 云台
        云台是安装、固定摄像机的支撑设备，它分为固定和电动云台两种：
固定云台适用于监视范围不大的情况，在固定云台上安装好摄像机后可调整摄像机的水平和俯仰的角度，达到的工作姿态后只要锁定调整机构就可以了；及电动云台适用于对大范围进行扫描监视，它可以扩大摄像机的监视范围。电动云台高速姿态是由两台执行电动机来实现，电动机接受来自控制器的信号地运行定位。在控制信号的作用下，云台上的摄像机既可自动扫描监视区域，也可在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。

        云台根据其回转的特点可分为只能左右旋转的水平旋转云台和既能左右旋转又能上下旋转的云台。一般来说，水平旋转角度为0?~350?，垂直旋转角度为+90?。恒速云台的水平旋转速度一般在3?~10?/s，垂直速度为4?/s左右。变速云台的水平旋转速度一般在0?~32?/s，垂直旋转速度在0?~16?/s左右。在一些高速摄像系统中，云台的水平旋转速度高达480?/s以上，垂直旋转速度在120?/s以上。

         如果采用高速球型摄像机，则不需要云台了，目前国内还出现了大量的球型云台，内置解码器、云台，多为球型，接近高速球但不是高速球，价廉物美，逐渐替代传统的云台了。

3.2 传输部分
        闭路监控系统的传输部分建设的好坏直接关系到整个系统。传输部分主要包括视频线、音频线（大多数项目都不设，本文不讨论）、控制线和电源线，当然，管道也是重要构成部分，一般由专业公司来建设弱电管道系统。

         传输线要远离强电，如确实无法避免并行或交叉，zui少保持30cm的距离，采用屏蔽线。
1. 视频线
        视频线的合理选用直接影响后端的显示效果，一般距离在500米以内，可以采用SYV 75-5的同轴电缆，如果干扰较大，可选用SYV 75-7或SYV 75-9的同轴电缆，如果距离超过500米不超过1000米（经验值），建议增加视频放大器。如果距离超过1000米，建议采用光纤传输，当然也可以调制解调器合成几路信号为一路信号传输，采用光纤传输需要增加光发射机和光接收机（在高速公路等远程闭路监控系统中应用较广）。

         一般来说，小区和大厦的监控距离不超过1000米，故多用同轴75欧姆的电缆，下面就同轴电缆的选择和安装给予说明。

        认真选择合适的电缆对于设备是否能达到*性能至关重要，一般同轴电缆的阻抗都为75欧姆。

材质：
        只能使用纯铜芯导线的电缆。不要采用镀铜的铜芯电缆或铝芯电缆，因为它们不能在闭路监控系统所用的整个频段上有效地传输信号。

         在不发生弯折的情况下，实心裸铜导线zui适于视频应用。如果在正常使用中，弯则无法避免，则应选用绞芯线。

        绝缘材料是多孔（泡沫）聚乙烯。它比实心的聚乙烯有更好的电气特性，但容易受潮湿影响。因此在潮湿环境的应用中应采用实心聚乙烯绝缘的外部有厚绝缘层的电缆。

         屏蔽层必须是覆盖95%以上铜丝编辑层。

安装技巧
不要拉伸电缆或使之过度弯曲。
避免电缆同供热管道和其他热源的接触。即使热量不足以造成对电缆的明显损害，也会使传输特性受到影响。
在电缆必须连续弯曲的场合（如有扫描仪或水平俯仰云台），应使用专门的电缆。这种电缆的芯导线应是多股胶合线。
只使用压接型的BNC连接器。

2. 控制线
        目前市面上大多数的国产云台、高速球型摄像机多支持RS485传输方式，对线缆的规格要求不严，一般来说采用屏蔽双绞线即可，多选用RVVP 2×1.0。一些进口的高速球型摄像机对线缆要求比较高，而且多将控制线和电源线一起设计，有的高速球型摄像机还将接地线一起考虑，故需要5芯屏蔽控制线，在工程实例中多选用美国百通Belden 8723（4芯屏蔽线）作控制线缆，而且不需要单独考虑电源线。

3. 电源线
         市面上大多数固定摄像机采用直流12伏电源（DC12），高速球型摄像机多采用24伏交流电源（AC24），云台也多采用交流24V，故电源均较低，一般选用2芯电源线即可，多选用RVV 2×1.0。当然也有很多摄像机可兼容DC12和AC24，也有部分摄像机直接连接交流220V电源，如果电源为220V则电源线和其它线缆要分开走，而且间距不能小于30cm，这个一定要注意。

3.3 后端设备
3.3.1 画面处理系统
        在有多个摄像机组成的电视监控系统中，通常采用视频切换器使多路图像在一台监视器上轮流显示。但有时为了让监控人员能同时看到所有监控点的情况，往往采用多画面分割器使得多路图像同时显示在一台监视器上。当采用几台多画面分割器时，就有可能用与多画面分割器相同数量的监视器将所有摄像机传送来的多个画面同时显示。这样，既减少了监视器的数量，又能使监控人员一目了然地监视各个部位的情况。常用的画面分割器为四画面、九画面和十六画面。