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选择安防监控系统镜头时需注意各种指标

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在安防项目招标中,镜头占的比例较少,所以在项目中镜头只是作为摄像机 配件来采购。但镜头在监控系统中的作用,就好比人的眼睛,其重要性不言而喻。如果镜头选择得当,对整个项目能起到画龙点睛的作用;相反,如果镜头的质量不 过硬,整个系统可能根本满足不了客户的需求。本文将简单分析选择镜头时需要注意的各种指标。

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镜头的硬性指标

1、镜头焦距:方 案设计人员在考虑镜头指标时需要根据监控目标的位置、距离、CCD规格,以及监控目标在监视器上的图像效果等综合地来进行考虑,以选择最合适的焦距的镜 头。比如,生产线监控,一般需要监看比较近的物体,而且对清晰度要求较高。这种情况,定焦镜头的效果一般要比变焦的好,所以通常会选择短焦距定焦镜头。

如 2.8mm、4mm、6mm、8mm等。又如监控室内目标时,选择的焦距不会太大,一般会选择短焦距的手动变焦镜头,如3.0-8.2mm、 2.7-12.5mm等;道路监控中,多车道监控要用焦距短一些的,如6-15mm;十字路口的红绿灯车牌监控要用相应长一些的焦距,如6-60mm;城 市治安监控一般就要用到焦距更长一些的电动变焦镜头,如6-60mm、8-80mm、7.5-120mm等;高速公路、铁路、河道、环境检测、森林防火、 机场、边海防等,一般要用到大变倍长焦距的电动变焦镜头,如10-220mm、13-280mm、10-330mm、15-500mm及 10-1100mm等。

2、视场角范围:视场角范围计算是有公式的,知道镜头的焦距、CCD尺寸,视场 角就可以推算出来。镜头有这样的规律:焦距越大,监控得越远,视场角就越小;焦距越小,监控距离就近,视场角就大,焦距和视场角是反比关系。如在一些有手 动变焦镜头需求的项目中,视场角范围是最先需要考虑的,所以一般会根据视场角范围来确定所选焦距范围。电动变焦镜头因为是可以根据现场环境随时用键盘控制 变焦、聚焦的,所以视场角范围不是太需要考虑。但是当电动变焦镜头的起始焦距过大(比如起始焦距超过20mm)时,是无法实现大范围监控的。

3、镜头的光圈:镜 头的通光量以镜头的焦距和通光孔径的比值来衡量(F=f/D),以F标记。每个镜头上均标有其最大F值,F值越小,则光圈越大。对于恒定光照条件的环境, 可以选用固定光圈的镜头,这种一般为实验室环境;对于光照度变化不明显的环境,常会选用手动光圈镜头,即将光圈调到一个比较理想的数值后固定下来就可以 了;如果照度变化较大,需24小时的全天候室外监控,应选用自动光圈镜头。 自动光圈镜头分为两类:一类称为视频(VIDEO)驱动型,镜头本身包含放大器电路,采用将摄像头传来的视频幅度信号转换成对光圈马达的控制。另一类称为 直流(DC)驱动型,利用摄像头上的直流电压来直接控制光圈。这种镜头只包含电流计式光圈马达,要求摄像头内有放大器电路。对于各类自动光圈镜头,通常还 有两项可调整旋钮,一是ALC调节(测光调节),有以峰值测光和根据目标发光条件平均测光两种选择,一般取平均测光档。另一个是LEVEL调节,可使输出 图像变得明亮或者暗淡。但需注意的是,如果光照度一直是不均匀的,比如监控目标与背景光反差较大时,采用自动光圈镜头的话,光圈的电机可能会一直处于随时 动作的状态,监控的效果并不理想,这种情况下,一般需要镜头配合摄像机的背光补偿功能来实现,采用宽动态的摄像机也会有比较不错的效果。

镜 头的光圈开到最大的时候,它的解像力一般是最高的。至于原因可以用一个比喻来说明:假设镜头有10000个小洞来透光的,光源A,成像为B,在最大光圈情 况下,A透过10000个洞形成的B是由10000个像组成的;在小光圈下,镜头中只有100个小洞是开放的,所以B只有100个像组成;在中等光圈下, 这个值大概是2000左右,所以这个时候解像力就远高于小光圈。但是为什么我们不一直用大光圈从而获得最佳的解像力呢?这就牵涉到镜头的另外一个指标– 景深。当镜头对物体对焦时,在物体(聚焦点)前后若干距离内的物体,也会有比较清晰影像,景深即是这段前后比较清晰的距离范围。镜头的光圈和景深的大小成 反比,大光圈的时候,几乎没有景深可言,得到的监控图像的背景将一片模糊。所以镜头的光圈并非是越大越好,还要看监控的环境。

4、镜头的成像圆尺寸:在监控项目中,与枪型摄像机匹配的镜头的成像圆口径一般为1/3英寸或1/2英寸。镜头的成像圆不应小于摄像机的CCD尺寸,否则将出现黑角。相同焦距不同口径的镜头匹配同样尺

寸的摄像机时,监控到的物体的距离及得到的视场角是有差异的。如在1/2英寸CCD的摄象机中,标准镜头焦距大概为12mm时,有30度的视场角;而在1/3英寸CCD的摄象机中,标准镜头焦距在8mm左右即可拥有30度的视场角。

最 后,还需要考虑镜头的接口类型,镜头接口与摄像机接口要一致。现在摄像机和镜头通常都是CS型接口,CS型摄像机可以和CS型、C型镜头配接,但和C型镜 头接配时,必须在镜头和摄像机之间加转接环,否则可能碰坏CCD成像面的保护玻璃,造成CCD摄像机的损坏。C型摄像机不能和CS型镜头配接。

镜头的可选性指标

镜头可选性指标,如有AS非球面镜头、红外感应(IR)镜头、SD超低色散镜头、百万像素高清镜头、电动变焦AF自动聚焦镜头等。下面逐点进行论述。

1、AS非球面镜片

AS 非球面技术大家都不陌生。改球面镜片为非球面镜片,从而将镜片边缘部最容易出现的球面像差纠正。体现在监控图像上,即改善广角时画面周边的成像质量;而且 由于一片非球面可以抵得上数片球面镜片的作用,镜片数目的减少,也会减少色差,增加图像的对比度;并且镜头的长度将会有所减小,容易做出长度更短的镜头, 但为了尽可能增大光亮度指标,镜头的口径一般不会变小,反而越大越好;再次,镜片数目的减少,光通过镜头时的损耗会小很多,也容易做出更大光通量的镜头, 如F0.98。

2、IR日夜转化

IR日夜型镜头采用添加特殊元素的玻璃材料,提高了红外光波段的折射和聚焦率,使其更接近可见光的折射率水平,所以红外IR镜头可以做到白天和夜晚的共焦面,使监控画面全天候清晰。

3、SD超低色散镜片

SD超低色散镜片,由于玻璃中采用了特殊的材料,分为FK01和FK02两个等级,具有高折射低色散的特性,主要是针对可见光部分的光线,能使彩色图像鲜艳锐利。

4、百万像素高清镜头

百 万像素本来是描述感光元件的像素数目的,现在被镜头厂商引伸出来加以利用了。镜头本身没有像素概念,但镜头的解像力有好有差。有的镜头厂家用单位距离内表 现的黑白线对数来表现镜头的解像力,以区分普通镜头和百万像素镜头,也不失为一种表现手法。解像力就是一个镜头对于细节捕捉解析度高低的评估,解像力高的 镜头,对于线条点块记录较为细腻,对于色彩的微小变化也能忠实反映。

但这个特点却与锐度不是一回事,锐度一般指的是图形边缘的清晰程度,而 解像力更多指的是层次而言。上文提过,同焦距条件下的定焦镜头成像一般要比变焦镜头好,好在哪里呢?定焦镜头解像力高,原因何在?就是因为镜头设计简单, 用的镜片数量少,从而可以提高图像的对比度,减少色差等。应用AS非球面镜片、SD超低色散镜片同样可以提高镜头解像力。

目前市场上出现的 手动变焦百万像素镜头价格要比普通镜头高出数倍,加上网络摄像机中CMOS本身的一些缺陷,数据流的增大导致的传输带宽不够,以及存储上的问题,目前还没 有办法大规模普及百万像素。但百万像素系统在外界条件允许的情况下,得到的图像质量确实比模拟的图像质量高出很多,视频截取放大后仍然清晰地监控图像在协 助公安部门侦破犯罪案件方面有着很大的潜力。

5、电动镜头AF自动聚焦技术

AF自动对焦 镜头,通过镜头内置的微处理器,对摄像机给出的复合视频信号取样、对比,给出图像明暗度的转换电压,驱动聚焦电机扫描,扫描过程中的最高电压即聚焦点的目 标。经过1-3秒的搜索响应时间,即可实现清晰聚焦。自动聚焦镜头为目前比较尖端的应用,匹配模拟摄像机及带有模拟和网络两种输出信号的百万像素网络摄像 机都可以实现。对同时需要操控云台转向及变焦、聚焦的普通监控来说,自动聚焦镜头只需转动云台方向即可实现清晰监控,监控远处目标也只需拉大变焦按键即可 实现,免去了繁琐的监控过程,真正实现了随心监控。

6、镜头穿尘透雾功能

穿尘透雾是安防行业近期比较流行的一种监控需求。可见光在通过空气中的烟尘或雾气时,会被阻挡

反射而无法通过,所以只能接收可见光的人眼是看不到烟尘雾气后门的物体的。而近红外光线由于波长较长,可以绕过烟尘和雾气并穿透过去,并且摄像机的感光元件可以感应到这部分近红外光,所以就可以利用这部分光线来实现穿尘透雾的监控。

安防监控摄像机购买选购技巧和心得分享

监控摄像机是整个监控系统的核心设备,选型时应根据现场环境和用户需求,慎重选择。针对立方体摄像机产品,就各种类型摄像机的选用原则做以下简单说明,希望对您的项目有所帮助:

监控摄像机应用分析

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

摄像机购买选购心得

1、 根据安装方式选择。如固定安装,摄像机多选用普通枪式摄像机或半球摄像机;如采用云台安装方式,现多选用一体化摄像机,特点是:内置电动变焦镜头,小巧美 观,安装方便,性价比优,也可采用普通枪式摄像机另配电动变焦镜头方式,但价格相对较高,安装也不及一体化摄像机简便。

2、根据安装地点选择。由于普通枪式摄像机,既可壁装又可吊顶安装,因此室内室外不受限制,比较灵活;而半球摄像机,只能吸顶安装,所以多用于室内且安装高度有一定限制。但和枪式摄像机相比,不需另配镜头、防护罩、支架,安装方便,美观隐蔽,且价格经济。

3、 根据环境光线选择。如果光线条件不理想,应尽量选用照度较低的摄像机,如彩色超底照度摄像机、 彩色黑白自动转换两用型摄像机、低照度黑白摄像机等,以达到较好的采集效果。需要说明的是,如果光线照度不高,而用户对监视图像清晰度要求较高时,宜选用 黑白摄像机。如果没有任何光线,就必须添加红外灯提供照明或选用具有红外夜视功能的摄像机,其特点是:摄像机本身具有彩色黑白转换模式,自带镜头和安装支 架,独特的真空包装设计,在室内使用时无需加装防护罩,且外形美观,隐蔽性好,性价比优。

4、根据对图像清晰度的要求进行选择。如果对图像画质的分辨率要求较高,应选用电视线指标较高的摄像机。一般来说,对于彩色摄像机,420 、520 TVL(电视线)都为中解析摄像机,480 TVL以上都为高解析摄像机。清晰度越高,价格相对越高。

5、 还应注意产品说明上的一些性能指标。如信噪比、自动光圈镜头的驱动方式等。一般的电视监控系统中信噪比指标要选大于48dB的,这样不仅满足行业标准规定 的不小于38dB的要求,更重要的是当环境照度不足时,信噪比越高的摄像机图像就越清晰。镜头的驱动方式一般选用双驱动的,以便随意选用DC驱动或视频驱 动的自动光圈镜头。

6、另外,选好了摄像机,安装更时谨慎。严格按照产品说明书进行正确操作,如工作温度、电源电压等。绝大多数摄像机生产 厂家的温度指标是-10~+50℃,如使用地区的温度、湿度变化较大应加特别防护。由于国内摄像机交流电压适应范围一般是200~240V,抗电源电压变 化能力较弱,在系统中使用时需添加稳压电源。

安防监控摄像机详解:快球自动跟踪技术

快球发展至今,各项技术、功能都已经相当成熟,但是,目前也面临着产品同质化严重的状况。目前,不少厂商在智能化趋势推动下将自动跟踪技术列为自身创新的重头戏。

快球自动跟踪分类

目前快球自动跟踪主要有区域自动跟踪和锁定精确跟踪两种方式。

区 域跟踪主要是指如果有物体进入球机的设定区域,则跟踪其运动轨迹,跟踪超出范围后,球机自动返回診-观测点进行新一轮的跟踪。区域跟踪功能主要适用于监控 对象或移动物体较少的环境,如果有某一移动的人物或物体进入摄像机的监控范围,摄像机会对其进行自动跟踪,但是无法锁定特定的人物或目标。一旦在该监控区 域内有多处物体同时移动时,球机则会把目标物体跟丢。

锁定跟踪,即用户指定目标后,球机会自动跟踪该物体的运动轨迹。锁定跟踪技术是通过模板匹配算法实现的,它在广场这类大范围、人流量高的区域内也能有很好的监控效果,只要手动锁定被跟踪的目标

之后,即便有其它移动物体在监控区域内也不会跟丢診-先锁定的目标。

锁 定跟踪可设定为手动锁定和自动锁定。手动锁定跟踪通过鼠标在屏幕上对跟踪目标籠-一个框,就锁定跟踪该目标。无论该目标运动或静止,都对其它移动物体进行 自动跟踪,跟踪快速而且流畅。即使在屏幕上出现多个移动物体,球机也不会对其进行跟踪。该功能适用于复杂环境下的治安监控。例如,抓小偷。若在监控籠-面 上发现一小偷在行窃,只要对该小偷图像籠-一个框,进行手动锁定,球机就会只跟踪小偷,而不会去跟踪被扒窃的受害者,有利于及时得知小偷去向,为顺利抓捕 争取有利时机。

而移动自动锁定跟踪则自动跟踪第一个移动目标,即谁先动就跟谁。若第一个移动目标停下来,有第二个目标移动,就会自动跟踪第二个移动目标,跟踪快速而流畅。该功能适用于无人值守场合,如金库、军火库、电站等重要场所。

快球智能化功能

作 为最具代表性的前端监控设备,快球的远距离控制、变倍、高清图像、预置位巡航、自动跟踪等功能在平安城市、交通、场馆、港口等项目/行业越来越发挥出重要 的作用。但是随着恐怖活动的不断出现,再加上整个监控行业朝着数字化、网络化发展的进程,快球的智能化功能被更多地提上议事日程。而在此发展趋势下,自动 跟踪成为了快球近年来取得飞速发展的智能化技术之一。

一、前端智能化功能

目前快球已经具备一些初步智能功能,如检测球机内部 温度和湿度、自动启动内部加热和降温设备、智能监控风扇转动状态、智能识别系统衆-议等功能,然而这些智能功能只是针对球机内部工作环境及球机性能的智能 检测,并非对外界被监控对象的智能检测及分析,而要真正在前端球机对监控目标进行智能化的检测,则需要结合IVS等智能模块(软件)来共同完成。虽然现在 的智能化并未形成普遍的应用需求,但是可以预计,它将会在很多应用场合发挥传统产品无法比拟的作用,而且在未来的道路上它也将成为快球技术的主流趋势之 一。快球的智能化功能主要分为由前端球机独立完成和由后端软件平台配合前端摄像机操作来共同完成两种。后端智能化是通过后台软件算法分析视频,然后对快球 发出驱动命令。在前端独立完成快球智能化的功能,可以通过两种方法来实现,一是将智能模块的算法嵌入到球机的DSP芯片中来实现,另一种是增加智能模块, 将模块的智能功能输入到球机的控制中完成。

二、自动跟踪技术

自动跟踪是在智能识别的基础上,对图像进行差分计算,自动识别视 觉范围内目标运动的方向,并自动控制云台对移动目标进行追踪,同时配合高清晰的自动变焦镜头,当目标在进入智能球机视线范围内直到离开的这段时间内,所有 视频都被清晰地传往监控中心。一旦系统的某个区域发生报警时,相关快球便自动旋转到报警点开始追踪,并可设定启动录像或抓拍及启动周边的灯光、警铃等联动 功能。

对球机来说,移动跟踪功能可以不需要通过后端的软件平台去控制,只要在前端就可以自动完成跟踪的任务。当目标物体进入该球机视觉范围 时,球机可自动识别目标运动的方向,并自动控制云台旋转,对移动目标进行追踪,使物体位于籠-面中央,同时可自动对目标进行放大。自动跟踪持续到目标离开 球机的可视范围,球机返回原观测点准备下一次跟踪。

快球的自动跟踪是对球机机械性的考验,对于目标物体的跟踪取决于它的速度和精度,而在操作上则是采取中心定位、局部放大的特点来满足监控图像的清晰。

快球智能化发展前景

快球的智能识别和跟踪等技术应用尚处于新兴阶段,功能尚未完全成熟,在复杂场合或者目标移动太快时,容易跟丢目标。



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